Willkommen zum Kernthema Marine Mikrobiologie! Hier konzentrieren wir uns auf die kleinsten Lebensformen in unseren Ozeanen und untersuchen sie, um ihre enormen, oft unsichtbaren Auswirkungen auf die globalen Ökosysteme und die Gesundheit der Umwelt zu verstehen. Diese Mikroorganismen, zu denen mikroskopisch kleine Algen, Bakterien, Archaeen, Pilze und Viren gehören, bilden die Grundlage der ökologischen Netzwerke des Ozeans. Obwohl sie winzig sind, sind Mikroorganismen die Motoren, die wesentliche biogeochemische Kreisläufe antreiben, d. h. die natürlichen Prozesse, die Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff durch Luft, Wasser und Boden der Erde bewegen.
Marine Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle für die Gesundheit und das Gleichgewicht der marinen Ökosysteme. Diese Mikroorganismen sind nicht nur die Primärproduzenten im Meer, die das Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, sondern sie sind auch die Motoren der Zersetzung und des Nährstoffrecyclings. In den Oberflächengewässern absorbieren mikroskopisch kleine Algen wie das Phytoplankton während der Photosynthese Kohlendioxid, erzeugen Sauerstoff und stellen eine wichtige Nahrungsquelle für höhere Organismen im Nahrungsnetz dar, darunter Fische und Meeressäugetiere. In der Tiefe des Ozeans bauen Bakterien und Archaeen organisches Material ab, setzen Nährstoffe frei und erhalten das Leben auch ohne Sonnenlicht (Abb. 1).
Unsere Abteilung befindet sich an der Schnittstelle zwischen Mikrobiologie und Biogeochemie und untersucht mikrobielle Prozesse, die biogeochemische Kreisläufe in der Meeresumwelt antreiben - vom offenen Ozean bis zu den Küstengebieten. Wir setzen fortschrittliche Technologien wie Genomsequenzierung, Massenspektrometrie und Modellierung ein, um mikrobielle Genetik, Stoffwechselprozesse und ökologische Interaktionen zu untersuchen. Wir versuchen zu verstehen, wie Mikroorganismen die Zusammensetzung organischer Stoffe beeinflussen, den Fluss von Treibhausgasen modulieren und wichtige Nährstoffe umwandeln. Unsere Forschung untersucht zum Beispiel die Reaktionen von Mikroorganismen auf Umweltfaktoren wie Temperatur, Nährstoffmenge und -qualität und untersucht, wie diese Wechselwirkungen die Gesundheit der Ozeane und die biogeochemischen Kreisläufe beeinflussen. Unsere Arbeit betont auch die gegenseitige Abhängigkeit von marinen Mikroorganismen und organischen Stoffen und untersucht, wie mikrobielle Gemeinschaftsstrukturen und Stoffwechselfunktionen das sich verändernde Klima und die Ökosysteme der Erde beeinflussen und von ihnen beeinflusst werden. Durch Feldstudien und kontrollierte Laborexperimente erhalten wir Einblicke in die ökologische Rolle, die genetische Vielfalt und die Anpassungsfähigkeit des Meeresmikrobioms unter Stressfaktoren wie Erwärmung, Versauerung, sich ausbreitende Sauerstoffminimumzonen und Verschmutzung. Im Folgenden stellen wir Schlüsselprojekte vor, die beispielhaft für unser Engagement sind, das Wissen über den Einfluss des Meeresmikrobioms auf globale biogeochemische Prozesse, die Dynamik von Ökosystemen und die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klima zu erweitern.
Im EU-HORIZON-Projekt ICEBERG (Innovative Community Engagement for Building Effective Resilience and Arctic Ocean Pollution-control Governance) konzentrieren wir uns auf einen anderen Aspekt des globalen Wandels: die Auswirkungen der anthropogenen Verschmutzung in Form von Mikroplastik auf die mikrobielle Gemeinschaft und die Biogeochemie. Durch die Analyse der Artenvielfalt und der Funktion von kunststoffassoziierten Bakterien mit Hilfe von 16S rRNA-Genamplikonsequenzierung, Metagenomik und Metatranskriptomik versuchen wir, potenzielle Krankheitserreger und ihre Resistenzmechanismen gegen Antibiotika zu identifizieren und so die potenziellen Risiken von Mikroplastik für die Gesundheit von Mensch und Ökosystem mit Schwerpunkt auf dem Arktischen Ozean zu bewerten.
In den Projekten HOMER (Humboldt Organic MattEr Remineralization) und INDICOM (Composition, production, and recycling of recalcitrant organic matter in the bathypelagic Indian Ocean) untersuchen wir biologische und biogeochemische Prozesse, die den Umsatz organischer Substanz in der Tiefsee beeinflussen, durch explorative Feldstudien und Anreicherungsexperimente. Während die Feldbeobachtungen darauf abzielten, die Auswirkungen von Umweltvariablen wie Temperatur, Druck und Sauerstoff auf die Zusammensetzung der organischen Substanz in der Tiefsee zu bestimmen, wurden in Anreicherungsexperimenten mit hochmolekularer gelöster organischer Substanz (HMW-DOM) von der Oberfläche und aus der Tiefsee bei erhöhter Temperatur verschiedene Hypothesen über den Einfluss der Konzentration und Zusammensetzung der organischen Substanz auf die Aktivität heterotropher Mikroben getestet.
Das Projekt BIOCAT (Biogeochemistry-Atmosphere Processes in the Bay of Bengal) zielt darauf ab, die physikalischen und biogeochemischen/mikrobiellen Prozesse im Golf von Bengalen (BoB) zu identifizieren, die für die Entwicklung und Aufrechterhaltung der Sauerstoffminimumzone (OMZ) entscheidend sind, und die Effizienz der biologischen Pumpe mithilfe von treibenden Sedimentfallen zu bewerten. Frisch produziertes organisches Material wird größtenteils durch heterotrophe Mikroorganismen in kurzen Zeiträumen von Tagen bis Monaten remineralisiert, und nur ein kleinerer Teil wird in den dunklen Ozean exportiert und mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit umgewälzt. Um die Partikeldynamik und ihre Auswirkungen auf das Sauerstoffregime im Golf von Bengalen (BoB) zu verstehen, werden wir die Transfereffizienz des Kohlenstoffexports untersuchen und die Zusammensetzung und Funktion von Mikroorganismen mit Hilfe modernster Ansätze wie Metagenomik und Metatranskriptomik entschlüsseln, die auf Meerwasser- und Sedimentfallenproben angewendet werden, um die Phylogenie und Funktionalität dieser Mikroben zu charakterisieren. Die Beziehungen zwischen der qualitativen Zusammensetzung der organischen Substanz und der biologischen Pumpleistung, einschließlich der Bewertung des mikrobiellen Stoffwechsels (z. B. Abbau und Aufnahme organischer Substanz), werden dazu beitragen, künftige Vorhersagen zum Meeresklima zu verbessern.
