Methane oxidizing bacteria at the oxic-anoxic interface : taxon-specific activity and resilience

Die Methanotrophen Bakterien sind die einzige bekannte biologische Senke für das drittwichtigste Treibhausgas, Methan. Damit erfüllen sie eine wichtige ökologische Funktion, die direkten Einfluss auf den globalen Klimawandel hat. Durch ihr Wachstum an der oxisch-anoxischen Grenzschicht in der Oberfläche von wassergesättigten Böden reduzieren aerobe Methanotrophe die Menge an potentiell emittiertem Methan. Außerdem führt ihre Aktivität zur Entstehung der durch überlappende Methan- und Sauerstoff-Gradienten gekennzeichneten Grenzschicht. Wie die verschiedenen Methanotrophen in dem Mikrohabitat an der oxisch-anoxischen Grenzschicht koexistieren, ist unbekannt. Zur Aufklärung haben wir hier sehr hochaufgelöst die vertikale Verteilung und Aktivität von Methanotrophen an der Grenzschicht untersucht. Die Zusammensetzung der gegenwärtigen und der aktiven methanotrophen Gemeinschaft wurde mittels eines der für die Membran-gebundene Methan-Monooxygenase kodierenden Gene (pmoA) aufgelöst, welches als funktioneller und phylogenetischer Marker diente. Zur Quantifizierung der pmoA Gen- und Transkript-Anzahl wurde eine neue Methode, die kompetitive-(Reverse Transkriptase)-t-RFLP, etabliert. Nur für einen Teil der methanotrophen Gemeischaft konnte Aktivität nachgewiesen werden. Diese ist jedoch auf eine kleine Zone um die Grenzfläche herum beschränkt. Die aktive Gemeinschaft wurde von Methylobacter verwandten Typ I Methanotrophen dominiert, während keine Typ II-spezifischen Transkripte (Methylosinus, Methylocystis) gefunden wurden. Obwohl also verschiedene Arten dieser funktionellen Gruppe im selben Mikrohabitat vorkommen besetzen sie doch offensichtlich verschiedene Nischen. Darüber hinaus wurde die Beständigkeit der Methanotrophen gegen Austrocknung getestet. Hierbei führten länger anhaltende Trockenzeiten (bis 18 Jahre) zu einer verringerten Diversität der methanotrophen Gemeinschaft und minderten die Methanoxidationsraten nach erneuter Vernässung des Bodens. Die Typ I Methanotrophen zeigten eine relativ hohe pmoA Genexpression, während Typ II resistenter gegen Austrocknung waren. Schließlich haben wir gezeigt, dass ein hoher Methan-Fluss die Fähigkeit der methanotrophen Gemeinschaft verbessert, sich von den Auswirkungen einer Störung zu erholen. Die Reaktion der Typ II Methanotrophen war allerdings unabhängig von pmoA Genexpression und dem Methan-Fluss, was auf fakultatives Wachstum hindeutet. Insgesamt ist die methanotrophe Gemeinschaft in der Oberflächenschicht des Bodens sehr divers. Diese Arbeit hat durch eine räumlich hoch aufgelöste Analyse der Einnischung und Beurteilung der Wirkung von verschieden starken Methan-Flüssen dazu beigetragen die Bedeutung der hohen scheinbar redundanten Vielfalt zu verstehen. Die Verwendung alternativen Substrate für das Wachstum scheint darüber hinaus ein weiterer wichtiger Faktor zur bevölkerung neuer Nischen zu sein.