Aktivität von Prokaryoten in Ökotonen der Tiefsee

Frontensysteme im Oberflächenwasser der Ozeane sind bekannt für ihre erhöhte biologische Aktivität. Derartige vertikale Grenzbereiche im Oberflächenwasser könnten auch in tiefer liegenden Schichten der Ozeane als Mischungszonen von Wassermassen zu finden sein. Fronten oder Ökotone der Tiefsee dürften vor allem über Gebirgsgraten, in Canyons und Bruchzonen von mittelozeanischen Rücken von Bedeutung sein. Vorversuche haben gezeigt, dass die Durchmischung von Tiefenwasser eine erhöhte Diversität und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft erzeugt. Ähnlich den besser bekannten Ökotonen im Oberflächenwasser haben diese "Hot Spots" möglicherweise einen bedeutenden Einfluss auf die biogeochemischen Zyklen der Tiefsee. In der Mischungszone und dem Umgebungswasser der Charlie-Gibbs Bruchzone im Nordatlantik soll die Aktivität von Prokaryoten unter anderem durch Messungen der heterotrophen Biomasseproduktion, der ektoenzymatischen Aktivität, der Respiration sowie der Genexpression erforscht werden. Die daraus gewonnen Daten werden einen detaillierten Einblick in den durch Prokaryoten der Tiefsee maßgeblich beeinflussten Kreislauf organischer Stoffe erlauben. Im Kontrast zur herkömmlichen Ansicht soll die Heterogenität in der Umsetzung organischer Stoffe der Tiefsee beleuchtet werden, denn die erhöhte Aktivität der Prokaryoten in den Mischungszonen, zusammen mit der Häufigkeit dieser Zonen, könnte die Stoffkreisläufe in weiten Teilen der Tiefsee beeinflussen.

Die Wassersäule der Meere ist nicht homogen und gleichförmig, sondern besteht aus geschichteten Wasserkörpern, die einem Stapel gleich übereinanderliegen. Diese Wasserkörper, auch Wassermassen genannt, werden in speziellen Regionen an der Meeresoberfläche gebildet und haben an ihrem Ursprung eine charakteristische physikalische und chemische Zusammensetzung. So können Wassermassen zum Beispiel an ihrem Salzgehalt, der Temperatur, der Konzentration gelöster Gase und dem Nährstoffgehalt unterschieden werden. Aufgrund von Turbulenzen in der Tiefsee, durch Wellen und andere physikalische Mechanismen, können sich die Wassermassen miteinander mischen. Dabei könnte es zu einer drastischen Änderung der Umweltbedingungen für die Lebewesen dieser Wasserköper kommen.Auch die Oberfläche der Meere kann in unterschiedliche Zonen oder Provinzen eingeteilt werden, die ähnliche physikalische und biologische Eigenschaften aufweisen. Eine solche Klassifikation soll die Beprobung des riesigen Ozeans vereinfachen und könnte es möglich machen, an nur wenigen Stellen im Meer Proben zu sammeln um dann die Resultate über die Provinzen zu extrapolieren. Für den Primärproduzent der Meere, das Phytoplankton, scheint dieser Ansatz zu funktionieren. Ob die Provinzen jedoch auch für Bakterien und Archaeen, die größtenteils die mikrobielle Gemeinschaft des Meeres ausmachen relevant sind ist bis jetzt nicht geklärt.Aufgrund von Modellexperimenten dachten wir, dass das Mischen von Wassermassen zu einer messbaren Variabilität in der Aktivität von Bakterien und Archaeen der Tiefsee führt und es dadurch zu einer Beschleunigung oder Verlangsamung in der Biomasseproduktivität kommt. Im Nordatlantik konnten wir feststellen, dass das Mischen von Wassermassen einen starken Einfluss auf die Verteilung der Nährstoffe und des organischen Materials hat, die Aktivität der Mikroben aber relativ weniger beeinflusst wird. Unsere Analysen zeigten auch eine sehr eigentümliche Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in den unterschiedlichen Wassermassen des nördlichen Nordatlantik. Interessanterweise konnten wir auch einen Einfluss der für die Oberflächen definierten Provinzen auf die Umweltbedingungen und die Diversität der Mikroben der Tiefsee feststellen. Unsere Ergebnisse deuten also darauf hin, dass die Biogeographie von Mikroben der Tiefsee bei weitem komplexer ist als bisher angenommen.