Kohlenstoffpriming in mikrobiellen Biofilmen

Priming findet statt, wenn labiler organischer Kohlenstoff den Metabolismus von refraktärem organischem Kohlenstoff durch heterotrophe Mikroorganismen begünstigt. Dieser Zusammenhang und seine Implikationen für den Kohlenstoffkreislauf werden zunehmend in Böden untersucht, jedoch nicht in aquatischen Ökosystemen. Wir schlagen vor, Priming systematisch in benthischen Biofilmen in Bächen zu untersuchen. Wir postulieren, dass die räumliche Nähe von Algen und deren labilen Exudaten zu heterotrophen Mikroorganismen in Biofilmen das Priming von terrestrischem organischem Kohlenstoff begünstigt. Wir postulieren daher, dass benthische Biofilme hot spots für Priming sind, und schlagen eine Serie an Experimenten vor um dies zu testen. In Mikrokosmen werden wir mittels stabiler Isotopen (13C) Priming quantifizieren, und mögliche Mechanismen in einem genomischen, transkriptomischen und proteomischen Ansatz untersuchen. Fliessrinnen dienen dazu, die Implikationen von Priming in einem nahezu natürlichen Umfeld für den Kohlenstoffkreislauf im Bach zu untersuchen. Dies wird weiters in einigen Bächen in Europa und den USA überprüft. Die vorgeschlagene Arbeit wird einen Beitrag zu unserem mechanistischen Verständnis von Bächen im Kohlenstoffkreislauf leisten.

Bäche und Flüsse wurden kürzlich als wesentliche Akteure im globalen Kohlestoffkreislauf erkannt. Diese Ökosysteme emittieren beträchtliche Mengen an CO2 in die Atmosphäre, wovon ein Teil aus dem Abbau von terrestrischem, organischem Kohlenstoff resultiert. Dieser Kohlenstoff ist öfters alt und wenig für heterotrophe Mikroben verfügbar. In Zusammenhang mit frischem und labilem Kohlenstoff können Mikroben auch diesen alten Kohlenstoff abbauen dieses Phänomen wird als Priming beschrieben. Priming scheint eine wesentliche Rolle im Kohlenstoffkreislauf in Böden zu spielen, wurde bislang jedoch kaum glaubhaft in aquatischen Ökystemen nachgewiesen. Wir postulierten, dass Priming in Biofilmen in Bächen eine Rolle im Kohlenstoffkreislauf spielt. Um diese Hypothese zu testen kombinierten wir in mehreren experimentellen Ansätzen Analyse stabiler Isotopen, sowie molekulare und enzymatische Methoden. Unsere Ergebnisse lieferten keine Hinweise, dass Priming in Bachbiofilmen stattfindet. Hingegen konnten wir den Einfluss von Licht als Modulator auf kritische mikrobielle und biogeochemische Prozesse und Muster in Biofilmen nachweisen.