Bacterial chemoautotrophic communities in the deep Atlantic Ocean

Fur Mikroorganismen ist die Tiefsee ein spezielles Habitat, in dem sie sich adaptieren und auf verschiedene Nischen spezialisieren mussen. Bei Prokaryoten ist die Nutzung chemosynthetischer Prozesse weit verbreitet und kann in der gesamten Wassersaule nachgewiesen werden, insbesondere auch in sauerstoffarmen Zonen, hydrothermalen Tiefseespalten und bei unterschiedlichen Umweltbedingungen. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, auf welche Art und Weise Bakterien in der Lage sind, das reiche Vorkommen von „dissolved inorganic carbon“ (DIC) als Energielieferant zu nutzen. Neben Ammonium und Wasserstoff ist Schwefel eine mogliche Energieressource fur die lichtunabhangige bakterielle Kohlenstofffixierung. Die Forschungsfrage beruht darauf, zu klaren, ob Schwefel wahrend des Prozesses der Kohlenstofffixierung uber den Calvin-Bassham-Bason (CBB)-Kreislauf eine mogliche Energiequelle ist, und zwar insbesondere wahrend des lichtunabhangigen Schrittes der Fixierung. Das Schlusselenzym bei diesem Vorgang ist die Ribulose-1,5-Bisphosphat-Carboxylase / -Oxygenase (RubisCO) in Form I und II, kodiert von cbbL- beziehungsweise cbbM-Genen. Das Gen aprA, die Alpha-Einheit der Adenosine 5’-Phosphosulfat Reduktase, ist in der Lage Schwefel zu reduzieren oder zu oxidieren. Untersucht wird der Anteil der autotrophen Gene aprA und cbbM in der gesamten Wassersaule. Im Rahmen der Arbeit wurden Wasserproben analysiert, die zwischen dem 64. nordlichen und dem 50. sudlichen Breitengrad vom Epipelagial bis zum Bathypelagial im offenen Atlantik genommen wurden. Untersucht wurde, ob die oben genannte Energiegewinnung fur die Chemosynthese im Fall der vorliegenden Wasserproben zutrifft. Die Proben wurden mithilfe eines CTD - („conductivity-temperature-depth“) Rosetten-Sammlers eingeholt, der mit 25 Liter Niskinflaschen, sowie mit Sensoren fur Chlorophyllfluoreszenz, Stromung und Sauerstoff ausgestattet ist. Die Proben (2 - 10 Liter) fur die DNA-Analysen wurden an 51 Stationen gezogen. Dabei wurden jeweils Meerwasserproben aus sechs bis acht unterschiedlichen Tiefen entnommen, die durch Polykarbonatfilter mit einer Porengrose von 0,2 µm gefiltert und anschliesend sofort in flussigem molekularen Stickstoff (N2) eingefroren und bei -80°C bis zur weiteren Untersuchung gelagert wurden. Methodisch stutzt sich die Arbeit auf Polymerasekettenreaktionen (PCR) und quantitative Polymerasekettenreaktionen (q-PCR). Letztere ist eine Hochdurchsatzmethode, die dazu dient, quantitative Aussagen uber die Haufigkeit der Gene, in unserem Fall cbbM und aprA, zu erstellen. Klonieren und anschliesende Sanger-Sequenzierung dienen der Feststellung der Phylogenie und Biodiversitat. Mithilfe von „ocean data view“ werden die Daten in ihrer Haufigkeit und Tiefenverteilung graphisch dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass im gesamten Atlantik die beiden Gene cbbM und aprA ihr Maximum im Mesopelagial, welches sich mit den sauerstoffarmen Schichten deckt, und dem oberen Bathypelagial aufweisen. Auserdem ist der Anteil der Gene fur Autotrophie in oligotrophen Regionen (nord- und sudatlantischer „Gyre“ und westtropischer Atlantik) hoher im Vergleich zu den weiter nordlich und sudlich gelegenen Breitengraden. Ein gemeinsames Vorkommen der cbbM- und aprA-Gene in denselben Bakteriengruppen, der Gammaproteobakterien und Deltaproteobakterien unterstutzt die Annahme, dass Bakterien das Potential besitzen, Schwefeloxidation als Energieressource zu nutzen, um Kohlenstoffdioxid uber den CBB-Kreislauf zu fixieren. Somit wird die Annahme unterstutzt, dass die DIC-Fixierung durch chemoautotrophe Mikroorganismen in der Tiefsee eine mogliche alternative Ressource von organischem Kohlenstoff darstellt, speziell in oligotrophen „gyral“ und tropischen Regionen.