Auswirkungen des Klimawandels auf Mikroorganismengemeinschaften in arktischen Böden und Seen

CLIMARCTIC-Forschergruppe vor dem “Blauen Haus” (AWIPEV-Station) in Ny-Ålesund, Svalbard, Norwegen (Sommer 2017). Von links nach rechts: Vivien Hotter, Elie Verleyen, Ramona Kern, Aline Frossard, Bjorn Tytgat, Christophe Seppey, David Velázquez. © V. Hotter
Beispiel eines Beprobungs-Plots in Knudsenheia (Spitzbergen) im Sommer 2017. Der Boden ist bedeckt von Cyanobakterien-dominierten Biokrusten, Moosen und höheren Pflanzen. Die aus den Bodenproben gewonnene DNA und RNA wird mittels Metagenomik- und Metatranskriptomikansätzen analysiert. © V. Hotter

Nirgendwo sind die Auswirkungen des Klimawandels deutlicher spürbar als in der Arktis. Die Erderwärmung und der damit verbundene Rückgang der Eisflächen sorgen nicht nur für hungernde Eisbären. Die arktische Tundra ist besonders sensibel gegenüber sich verändernden Umweltfaktoren, wie steigende Temperaturen oder eine verringerte Wasserverfügbarkeit. Die Antworten der Mikroorganismengemeinschaft im Boden sind vielfältig. In den letzten Jahrtausenden wurde der von photosynthetisch aktiven Bakterien und Algen fixierte Kohlenstoff im Permafrost gespeichert. Durch die erhöhten Temperaturen, schmilzt nicht nur der Permafrost, auch die Aktivität der im Boden lebenden Mikroorganismen steigt. Dabei kann mit einer vermehrten Emission der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid und Methan gerechnet werden. Auf der anderen Seite bewirkt die globale Erwärmung auch längere Wachstumsperioden – das Ergrünen der Arktis. Dies könnte wiederum zu einer erhöhten Kohlenstofffixierung durch Algen und Pflanzen führen. Kenntnisse über die Diversität und Aktivität der Mikroorganismengemeinschaft in arktischen Böden sind dringend erforderlich, besonders aufgrund ihrer bedeutenden Rolle im arktischen (und globalen) Kohlenstoffkreislauf. Der Einfluss des Klimawandels auf die Biodiversität dieser Mikro-Ökosysteme im Boden und Sedimenten arktischer Seen und ihre Funktion für das arktische Makro-Ökosystem soll im Rahmen des internationalen Projektes CLIMARCTIC untersucht werden.

CLIMARCTIC ist Teil des von der DFG geförderten Projektes BiodivERsA und besteht aus einem Konsortium europäischer Forschergruppen. Projektschwerpunkt ist der Einfluss des Klimawandels auf die Biodiversität arktischer Mikrobiome in Böden und Seen und deren Rolle in arktischen Stoffkreisläufen (Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphat-Kreisläufe). Um die Zusammensetzung arktischer terrestrischer Mikroorganismengemeinschaften zu erforschen, werden in enger Zusammenarbeit aller Forschergruppen in situ Experimente an der Forschungsstation Ny-Ålesund auf Spitzbergen durchgeführt und mit den Ergebnissen verschiedener Laborexperimente verglichen. Neben ökophysiologischen Untersuchungen über den Effekt von u. a. Temperatur und Wasserverfügbarkeit auf die Mikroorganismengemeinschaften, soll deren Rolle im Ökosystem über molekularbiologische Methoden wie metagenomische und -transkriptomische Ansätze erfasst werden. Die Identifizierung von Marker- und Schlüsselgenen kann dabei einen wichtigen Aufschluss über dominante und aktive Organismengruppen und Stoffwechselprozesse geben. Durch die Kombination mit paläolimnologischen Untersuchungen von 2000 Jahre alten Sedimentkernen angrenzender Seen kann die Veränderung von Zusammensetzung und Struktur des Ökosystems und der Stoffkreisläufe innerhalb eines definierten zeitlichen Rahmens bewertet werden. Diese vergleichenden Analysen sollen helfen die Folgen des Klimawandels nicht nur für die Arktis sondern den damit verbundenen Veränderungen für globale Stoffflüsse vorherzusagen.

Verantwortlich
Prof. Dr. Ulf Karsten
Dr. Ekaterina Pushkareva und Dr. Ramona Kern

Antragssteller
Prof. Dr. Ulf Karsten

Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft

Fördernummer
KA 899/33-1
 
Laufzeit
2017 - 2020

Kooperationspartner
Prof. Dr. Elie Verleyen, Protistology and Aquatic Ecology, Ghent University, Belgium
Prof. Dr. Mette Marianne Svenning, Department of Arctic and Marine Biology, Arctic University of Norway, Norway
Dr. Beat Frey, Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, Switzerland
Prof. Dr. Antonio Quesada, Department of Biology, Autonomous University of Madrid, Spain

Prof. Dr. Peter Leinweber, Soil Science, University of Rostock
 
Offizielle Projekt Website
http://www.climarctic.ugent.be/index.php