Dynamik mikrobieller Gemeinschaften in alpinen Karstaquiferen

Karst Aquifere stellen besondere Grundwassersysteme dar, welche spezielle Charakteristiken im Bezug auf Hydrogeologie, Biogeochemie, und Vulnerabilität aufweisen. Im Gegensatz zu Porengrundwässern zeigen Karstgrundwässer ausgeprägte Klüfte und Verkarstungen (z.B. Karstschläuche), welche eine starke Dynamik im Abflussregime und der Quellschüttungen bedingen. Karstgrundwässer stellen äußerst sensible Bereiche im Bezug auf anthropogene Verschmutzungen dar. Das Verstehen dieser komplexen Systeme ist daher von größtem Interesse um effiziente Strategien für nachhaltige Schutzmaßnahmen zu gewährleisten. In alpinen Regionen wie Österreich spielen alpine Karstgrundwässer eine entscheidende Rolle in der öffentlichen Wasserversorgung. Als bedeutendes Beispiel sei die Trinkwasserversorgung des Großraumes von Wien angeführt (ca. 1,6 Millionen Einwohner), die zu über 90% aus den Hochquellen alpiner Karstregionen gespeist wird. Untersuchungen der mikrobiellen Gemeinschaften in Quellwasser und Biofilmen alpiner Karstaquifere beschränkten sich bis dato auf eine kleine Randgruppe, nämlich den Fäkalindikatoren. Dieses Fehlen an grundlegenden Wissens über den Status quos und Dynamik mikrobieller Gemeinschaften in alpinen Karstaquiferen steht im grassen Widerspruch zur generellen Relevanz die Mikroorganismen in aquatischen Systemen beigemessen wird. Das vorgeschlagene Projekt wird daher erstmals folgende grundsätzliche Fragen zum Thema Dyamik mikrobieller Gemeinschaften in alpinen Quellwasser und Biofilm-Kompartimenten bearbeiten: i) eine generelle Charakterisierung der Abundanz und Dynamik von Bakterien-, Protozoen- und Viren gesamt Partikelzahlen, ii) die Erhebung der Struktur und Dynamik der dominanten eubakteriellen Populationen, iii) die Untersuchung der Unterscheidbarkeit autochthoner eubakterieller Endokarstgemeinschaften (AMEC) von transienter eubakteriellen Endokarstgemeinschaften (TMEC), und iv) die vergleichende Analyse der Populationszusammensetzung von Biofilm versus suspendierten Gemeinschaften. In diesem Zusammenhang wurde die Hypothese formuliert, dass das Wissen über AMEC und TMEC Gemeinschaften einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis über die Zusammenhängen zwischen Einzugsgebiet, Karstaquifer und Quellregion ermöglicht. AMEC und TMEC Analysen könnten so bestehende Vulnerabilitätsmethoden suplementieren sowie ein Qualitätsmonitoring von Quell- und Trinkwasser auf Basis mikrobieller Gemeinschaftsanalysen ermöglichen.

Alpine Karstgrundwässer stellen wertvolle Wasserressourcen in alpinen Regionen dar. Sie zeigen jedoch, je nach System, eine mehr oder weniger ausgeprägte Dynamik im Abflussregime und Wasserqualität. Bezogen auf Verschmutzungen im Einzugsgebiet können alpine Karstaquifere daher äußerst sensible Bereiche darstellen. Das Verstehen dieser komplexen Systeme ist daher von großem nationalem, sowie internationalem Interesse. Bis vor kurzem standen kaum Informationen über das natürliche Vorkommen aquatischer Mikroorganismen in alpinen Aquiferen und Quellwässern zur Verfügung und dies obwohl Mikroorganismen im Allgemeinen eine herausragende Rolle für die ökologische Funktionsfähigkeit und das Selbstreinigungspotential von aquatischen Systemen zugeschrieben wird. Im Zuge dieses Forschungsprojektes konnte nunmehr ein erster fundierter Einblick in das Vorkommen und die Dynamik natürlicher mikrobieller Gemeinschaften in alpinen Karstaquiferen anhand der Untersuchung von Quellwasser erhalten werden. Mit Hilfe mikroskopischer und molekularerbiologischer Populationsanalysen von im Quellwasser vorkommenden Mikroorganismen konnte das Vorkommen einer natürlichen systemeigenen mikrobiellen Gemeinschaft in alpinen Quellwässern und Karstaquiferen, einer sogenannten AMEC - Gemeinschaft (d.h. autochthonous microbial endokarst community), belegt werden. Die Konzentration und Biomasse von AMEC Organismen im Quellwasser war dabei von hydrologischen als auch von hydrogelogischen Bedingungen, d.h. vom Aquifertypus, abhängig. Im speziellen erbrachte beispielsweise die Untersuchung eines dolomitischen alpinen Quelltypus mit hohem mittleren Wasseralter und geringem direkten Oberflächeneinfluss im Schnitt rund 15 Millionen bakterieller AMEC Zellen pro Liter Quellwasser, wobei DNA - Analysen dabei durchwegs in neuen bis dato noch nicht bekannte Bakterienarten resultierten. Die Forschungsergebnisse weisen auf das autochthone Vorkommen natürlicher Mikroorganismen als ureigensten Bestanteil alpiner Quellwässer und Aquifere hin. Die Erforschung der Bedeutung dieser AMEC Gemeinschaften, für die Remineralisation von organischem Material, in der antagonistischen Wirkungen auf hygienisch relevante Mikroorganismen, für die Biostabilität von als Trinkwasser verwendetem Quellwasser oder für die Karstifizierung bzw. hydrologischen Durchlässigkeit von Biofilmen im Aquifer selbst, ist derzeit Thema weiterer Forschungen.