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Biodiversität methanogener Archaeen in arktischen Böden des Lena-Delta / Sibirien

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Ganzert, L. (2005): Biodiversität methanogener Archaeen in arktischen Böden des Lena-Delta / Sibirien , Diplom thesis, Universität Potsdam.
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In der vorliegenden Arbeit wurde die Biodiversität methanogener Archaeen in arktischen Böden des Lena-Deltas / Sibirien unter Verwendung klassischer mikrobiologischer und molekularbiologischer Methoden untersucht. Dazu wurden die Aktivitätspotentiale der Methan bildenden Mikroorganismen in Abhängigkeit von verschiedenen Substraten und Temperaturen untersucht. Mit Hilfe der Denaturierenden Gradienten Gelelektrophorese (DGGE) und anschließender Sequenzierung einzelner DNA-Banden konnten dabei Unterschiede in der Populationszusammensetzung der methanbildenden Gemeinschaft im Tiefenprofil von Permafrostböden aufgezeigt und erklärt werden. Es ist bekannt, dass die Methanogenese in arktischen Böden von vielen verschiedenen klimatischen und bodenspezifischen Faktoren abhängig ist. Vor allem der Gehalt an organischer Substanz hatte einen großen Einfluss auf die Methanbildung. So förderte die Zugabe von Substrat die Methanbildung meist erheblich. Dabei war mit H2/CO2 der höchste Anstieg zu verzeichnen. Eine Ausnahme war hier die obersten 5 cm des Profils einer Überschwemmungsebene auf der Insel Samoylov. Hier war Methanol das bevorzugte Substrat. Die Erhöhung der Temperatur hatte ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Methanbildungsrate. Es ließ sich allerdings kein einheitliches Muster in der Methanbildungsaktivität der methanogenen Archaeen für die unterschiedlichen Bodentypen nachweisen. Für alle Profile gemeinsam war, dass eine zum Teil sehr hohe Methanbildungsrate von bis zu 270 nmol CH4 h-1 g-1 mit H2/CO2 als Substrat für die obersten 10 cm festzustellen war. Mit zunehmender Tiefe änderte sich das Bild. Während die Aktivität im Polygonzentrum des Standortes Kap Mamontovy Klyk stark abnahm, gab es ein zweites Aktivitätsmaximum in der Überschwemmungsebene der Insel Samoylov in der Zone der stärksten Durchwurzelung. Das untersuchte Polygonzentrum der Insel Samoylov zeigte ebenfalls ein zweites Aktivitätsmaximum, allerdings lag dieses in der Zone dicht über dem Permafrost. Nach Analyse der Aktivitätstests, die bei verschiedenen Temperaturen und mit unterschiedlichen Substraten durchgeführt wurden, konnte bereits die Schlussfolgerung gezogen werden, dass sich die Gemeinschaft der methanogenen Archaeen in den verschiedenen Bodenhorizonten voneinander unterscheidet. Es wurde außerdem angenommen, dass die Diversität mit der Tiefe abnimmt, hervorgerufen durch die abnehmende Temperatur und den sinkenden Gehalt an organischem Kohlenstoff. Dies wurde durch die Ergebnsisse der Denaturierenden Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE) nur teilweise bestätigt. Die Diversität nahm mit zunehmender Tiefe in der Auftauschicht erst zu und erreichte ihre größte Vielfalt in der Mitte der untersuchten Bodenprofile, um dann stark abzunehmen. Eine Ausnahme bildete die Überschwemmungsebene. Hier war die Diversität der methanogenen Mikroorganismen über das gesamte Profil etwa gleichbleibend. In allen der untersuchten arktischen Böden konnten Vertreter der Ordnung Methanomicrobiales und der Gattung Methanosarcina nachgewiesen werden. Desweiteren wurden auch Vertreter der Familie Methanosaetaceae gefunden, allerdings nur für die Überschwemmungsebene und das Polygonzentrum der Insel Samoylov. Die aus den Ergebnissen gezogenen Schlüsse lassen die Annahme zu, dass es in diesen Habitaten psychrophile bzw. psychrotolerante methanogene Mikroorganismen gibt, die optimal an die dort herrschenden, extremen klimatischen Bedingungen angepasst sind. Dies wird durch die Tatsache gestützt, dass es bereits einige psychrophile bzw. psychrotolerante Isolate von methanogenen Archaeen gibt.

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