Mikrobiell beeinflusste Bodenbildung in der maritimen Antarktis unter simulierten Umweltbedingungen (SPP 1158-14 Antarktis)

01.09.2016 bis 31.08.2019

https://www.spp-antarktisforschung.uni-rostock.de/

Böden sind eine unserer wichtigsten natürlichen Georessourcen und bilden gemeinsam mit Luft und Wasser unserer Lebensgrundlage. Eine der wesentlichen Erkenntnisse aktueller Bodenforschung in diesem Zusammenhang ist die zentrale Rolle von Mikroorganismen bei der Mineralverwitterung und bei der Entstehung von Böden. Allerdings sind die Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismengemeinschaften, deren Habitat und der Bodengenese bislang wenig verstanden. Dies gilt insbesondere für den Beginn der Bodenentwicklung, wo die Fragen nach Ursache und Wirkung sowie die Lokalisierung des Ausgangspunktes der Bodenentwicklung weitgehend unbeantwortet sind. Die Antarktis bietet hierzu in zweierlei Hinsicht die einmalige Möglichkeit die Diversität und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaften in Bodenökosystemen und ihre Wechselbeziehungen mit der Bodengenese zu erforschen. Zum einen läuft die Entstehung von Böden in der Antarktis ohne den Einfluss höherer Pflanzen oder Bodenwühlern ab. Zum anderen erlaubt die Erforschung der Zusammenhänge zwischen mikrobieller Evolution und Pedogenese Rückschlüsse auf den Charakter der Isolation des antarktischen Kontinents in der geologischen Vergangenheit und der Ansiedlung von Leben durch biogeochemische Erdsystemprozesse unter Extrembedingungen und infolge von Umweltänderungen. Das beantragte Projekt untersucht vor diesem Hintergrund mikrobielle Habitate und die Bodenentwicklung in eisfreien Gebieten der maritimen Antarktis. Frisches Probenmaterial von zwei Standorten auf James Ross Island wird zunächst auf vorhandene mikrobielle Gemeinschaften, pedogene Merkmale und Bodeneigenschaften sowie deren räumliche Anordnung auf der Micro- und Nanoskala untersucht. Anschließend wird das Probenmaterial in einem Laborsimulationsexperiment (EnviSimEx) unter verschiedenen Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchte, organische Substanz, Forst-Tau-Zyklen) unter Anwesenheit bzw. Abwesenheit von Mikroorganismen inkubiert und die initiale Boden- und Mikroorganismenentwicklung erfasst. Dazu kombinieren wir in einen integrativen Ansatz mikrobiologische und pedogenetische Methoden. Quantitative PCR und DGGE-Fingerprintmethoden sowie moderne Hochdurchsatz-Sequenzierungstechniken werden angewandt, um die Struktur und Funktion der Mikroorgansimengemeinschaften zu bestimmen. Bodenphysikochemische Analysen dienen zur Quantifizierung von Bodeneigenschaften. Innovative
mikromorphologische und NanoSIMS-Techniken tragen dazu bei, mikrobielle Hotspots sowie Verlagerungs- und
Transformationsprozesse in Böden und Sedimenten zu identifizieren und zu charakterisieren.