Response and resilience of methanotrophs to disturbances

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.