title: Response and resilience of methanotrophs to disturbances
title: Reaktion und Widerstandsfähigkeit methanotropher Bakterien gegenüber Störungen
Creators: name: Ho, Adrian Kah Wye
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Methanotrophs
Biowissenschaften, Biologie
Paddy soil
Methan
Ecosystem functioning
Biodiversität
Reisfeldboden
Methanotrophe Bakterien
Biodiversity
pmoA

description: Methanotrophic bacteria are the
      only known biological sink for the greenhouse gas methane.
      Therefore, methanotrophs play a key function in carbon
      cycling, an important biogeochemical process that affects
      global climate change. Yet, little is known of their
      vulnerability and resilience to disturbances. Driven by the
      gap of knowledge, this PhD thesis is a seminal study focusing
      on the recovery of methanotrophs from disturbances with
      respect to population dynamics, diversity and functioning.
      Two model disturbances were tested; disturbance-induced
      mortality and heat shock. While the former model disturbance
      represents a non-selective form of disturbance, the heat
      shock treatment may select for sub-populations of
      thermo-tolerant methanotrophs. Overall, methanotrophs are
      shown to be remarkably resilient to induced disturbances,
      compensating and even over-compensating for methane uptake
      during recovery. Type II methanotrophs, known to be present
      in high abundance as resting cells, appear to become more
      important during disturbances. Furthermore, the establishment
      and subsequent development of the methanotrophic community
      and activity were studied along a rice paddy chronosequence.
      With the influx of anthropogenic influences once a rice paddy
      is formed, the methanotrophic community structure is
      anticipated to undergo a dramatic change which in turn, may
      affect the activity. It appears that the young and ancient
      rice paddies do not show clear divergence, suggesting that
      the methane oxidizing community was soon established after a
      rice paddy is formed. However, the selection of the best
      adapted sub-population needs time. Accordingly, long term
      rice agriculture allows for higher methane uptake, and may
      select for a methanotroph sub-population that remains active.
      The predominant methanotrophs found in the Chinese rice
      paddies are type II, mainly Methylocystis species, and type
      Ib (RPC-1). However, type Ib seems to be the active dominant
      sub-population. This and previous studies suggest specific
      adaptation of type Ib to rice paddy environments.
      Interestingly, novel sequences phylogenetically grouped
      between pmoA and amoA were detected. Overall, paddy soil
      methanotrophs are not only able to recover from disturbances,
      but are apparently showing specific adaptation to rice paddy
      environments, demonstrating their resilience in face of
      perturbation.
description: Men stellen die einzig bekannte
      biologische Senke für das Treibhausgas Methan dar. Sie
      katalysieren somit eine Schlüsselfunktion im globalen
      Kohlenstoffkreislauf mit direktem Einfluss auf den weltweiten
      Klimawandel. Dennoch ist erst wenig über die Anfälligkeit
      bzw. Widerstandsfähigkeit dieser Bakteriengruppe gegenüber
      Umweltstörungen bekannt. In dieser Doktorarbeit wurden
      grundlegende Untersuchungen zur Regenerierung methanotropher
      Bakteriengemeinschaften nach Umweltstörungen durchgeführt.
      Als Modelstörgrößen wurden die durch äußere Einflüsse
      bedingte Sterblichkeit sowie die Hitzeschockbehandlung
      getestet. Die Regenerierung wurde anhand der methanotropher
      Gesamtdiversität, Populationsdynamiken und
      Methanoxidationsraten verfolgt. Hinsichtlich ihrer Funktion
      Methan zu oxidieren, zeigten sich die Bakteriengemeinschaften
      auffallend resistent gegenüber den indizierten Störungen: Die
      Methanoxidationsraten stiegen im Verlauf der Regenerierung
      sogar über die Ausgangsrate an. Die Diversität nahm jedoch
      drastisch ab und Typ II methanotrophe Bakterien dominierten
      bei Beendigung der Experimente. Die Ergebnisse zeigen, dass
      Typ II methanotrophe Bakterien, die eine mengenmäßig
      bedeutsame Rolle in Reisfeldern spielen, vor allem nach
      Störungen eine wichtige Funktion einnehmen. Im zweiten Teil
      dieser Doktorarbeit wurden die Besiedlung und die
      nachfolgende Entwicklung methanotropher Gemeinschaften und
      ihrer Aktivität anhand einer Chronosequenz chinesischer
      Reisfelder untersucht. Der Beginn der Reiskultivierung mit
      den einhergehenden anthropogenen Einflüssen könnte eine
      nachdrückliche Änderung der Bakteriengemeinschaft und ihrer
      Aktivität zur Folge haben. Die methanotrophen Gemeinschaften
      im jüngsten und ältesten Reisfeldboden unterschieden sich
      jedoch nicht bedeutsam voneinander, was darauf hindeutet,
      dass sich die spezifische Gemeinschaft in Reisfeldern
      vergleichsweise schnell etabliert. Die Selektion einer am
      besten abgepassten Subpopulation dauert womöglich dennoch
      etwas länger: Die Methanoxidationsraten in den einzelnen
      Reisfeldböden zeigten eine positive Korrelation zu dem
      entsprechenden Alter des Bodens. Vorwiegend detektiert wurden
      in allen Böden Typ II methanotrophe Bakterien, hauptsächlich
      der Gattung Methylocystis, und Typ Ib methanotrophe Bakterien
      des RPC-1 (Rice Paddy Cluster-1). Die Typ Ib scheinen jedoch
      die aktive Subpopulation zu stellen. Diese und vorhergehende
      Arbeiten deuten auf eine spezifische Anpassung von Typ Ib
      methanotrophen Bakterien an das Reisfeldhabitat hin.
      Interessanterweise wurden weiterhin neuartige pmoA Sequenzen
      gefunden, die phylogenetisch zwischen den methanotrophen und
      den Ammonium oxidierenden Bakterien gruppieren.
      Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass methanotrophe
      Bakterien bemerkenswert resistent gegenüber äußerer Störung
      sind. Im Reisfeldhabitat konnte weiterhin eine sehr
      spezifische Gemeinschaft detektiert werden, was ihre schnelle
      Anpassungsfähigkeit demonstriert.