Biodiversität und funktionelle Rolle von biologischen Bodenkrusten II

 

 

Wissenschaftliche Bearbeitung durch:

Prof. Dr. Ulf Karsten

Dr. Karen Baumann (assoz.)

Dr. Karin Glaser

Samira Khanipour Roshan

(Uni Rostock)

Prof. Dr. Michael Schloter

(TU München)

Hintergrund

Biologische Bodenkrusten (engl. biological soil crust; BSC) sind eine komplexe Gemeinschaft aus photosynthetisch aktiven Grünalgen, Cyanobakterien, Moosen und Flechten, heterotrophen Pilzen, Protozoen und Bakterien, die die obersten Millimeter des Bodens bedecken.

Die Organismengemeinschaft und ihre Exkretionsprodukte bilden ein Mikro-Ökosystem, dessen ökologische Funktion vor allem bei Pionierbesiedlung von offenen Böden von Bedeutung ist (z.B. Stickstofffixierung durch Cyanobakterien, Primärproduktion, Wasserretention, Stabilisierung der Bodenpartikel oder Bereitstellung pflanzenverfügbarer Nährstoffe).

Trotz ihrer wichtigen ökologischen Funktion sind Bodenkrusten häufig nur in ariden und semiariden Habitaten untersucht. In der ersten Phase fokussierten wir uns auf die Biodiversität in der Bodenkruste und ihre Funktion im biogeochemischen Kreislauf, vor allem in dem des Phosphors. In der aktuellen Phase werden diese Zusammenhänge detaillierter betrachtet.

 

Ziele

Wir wollen den Umsatz des Phosphors und Stickstoffs innerhalb der Bodenkrusten mit der Abundanz und Diversität der Gene verbinden, die für die N- und P-Transformationsprozesse codieren. Diese Daten werden dann mit der Struktur der Krustenorganismen verbunden, um so das Verständnis für die Interaktionen zwischen allen Organismen in den Bodenkrusten aus den Waldplots der Exploratorien zu verstehen.

Eine Kombination aus Metagenomik und Fettsäureanalytik zur Aufklärung der Gemeinschaftsstruktur der Bakterien, Archaeen, Pilze, Cyanobakterien und Algen wird zum ersten Mal in taxonomischer Tiefe angewandt und evaluiert (Wer ist in welcher Anzahl präsent?).

Weiterhin wird die funktionelle Rolle von Bodenkrusten in den biogeochemischen Kreisläufen von C und N untersucht. Die Konzentration und chemische Speziierung dieser Elemente geben Aufschluss, ob die Bodenkruste eine Quelle oder Senke für P- und N-Komponenten ist. Die Ergebnisse erlauben eine Identifizierung von Schlüsselorganismen des bisher kaum untersuchten P-Kreislaufes in den Bodenkrusten und ihres quantitativen Beitrags zum P-Flux (Wer macht was?).

 

Hypothesen


1. Mit steigender Landnutzungsintensität sinkt die Biodiversität und die Interaktionen innerhalb der mikrobiellen Netzwerkstrukturen werden reduziert.

2. Unterschiede in der Gemeinschaftsstruktur beeinflussen die Funktionalität der BSC.

3. Die mikrobielle Diversität in BSCs von Plots mit gleicher Landnutzung ist vergleichbar zwischen den drei Exploratorienstandorten.

4. Die Gemeinschaft der BSC ist verantwortlich für die Transformation von der mineralischen zur organischen Fraktion im biogeochemischen Kreislauf des Phosphors und Stickstoffs.

 

Methoden

  • Metagenomische und transkriptomische Analysen
  • qPCR für spezifische Gene des N- und P-Kreislaufes
  • Fettsäureanalytik
  • Quantifizierung der Gesamt C-, N- und P-Gehalte

 

Projekt in Phase 4

Vergangene Projektbeteiligung von Prof. Dr. Ulf Karsten: Soilcrust
Vergangene Projektbeteiligung von Karin Glaser: ACTIFLAG

 

 

Abbildung 1. Evolution von biologischen Bodenkrusten während Jahrmillionen der Entwicklung der Biosphäre auf unserem Planeten (aus Weber et al. 2016)

Nach oben