Diversität der freilebenden und Partikel-assoziierten prokaryotischen Lebensgemeinschaften in der Ionischen See, Griechenland

Staller, Torsten

Das Seegebiet über dem Calypso Deep (5189 m) in der Ionischen See wurde auf die Eignung als Standort eines Kubikkilometer großen Neutrino-Teleskops (KM3NeT) untersucht. Hierbei wurden die Hydrologie des Seegebiets und die prokaryotische Diversität bestimmt. Ein Fokus lag auf dem Nachweis von biolumineszenten und biokorrosiven Bakterien. Darüber hinaus konnten die Variationen der prokaryotischen Diversität in der Tiefe, unabhängig von der Temperatur, ermittelt werden. Die Hydrologie des Untersuchungsgebiets ist relativ konstant. Die Temperatur und die Salinität zeigen nur im Epipelagial eine klare Saisonalität im gewählten Probennahmenintervall. Die Konzentrationen der Nährstoffe, des partikulären organischen Kohlenstoffs und Stickstoffs sowie die Bakteriendichte zeigen, dass das Untersuchungsgebiet extrem oligotroph und in neritisch und ozeanisch unterscheidbar ist. Im Bathypelagial weisen die genannten Parameter konstant sehr geringe Werte auf. Das Vorkommen biolumineszenter Bakterien nur an Station N1 im Frühjahr 2008 als auch die im Verbundprojekt Innofond Schleswig-Holstein erstellte Arbeit zum trophie-abhängigen Vorkommen der [NiFe] Hydrogenasen unterstützen diese Klassifizierung des Gewässers (Barz et al., 2009). Die prokaryotische Diversität lässt eine tiefenzonierte Einteilung erkennen. Die Vorkommen tiefenspezifischer „operational taxonomic units“ (OTU) sind für die freilebende bakterielle Gemeinschaft in jeder Tiefe hoch (ca. 60 – 70 %). Ubiquitär detektiertbare OTU stellen einen ca. 20 % Anteil. In dem untersuchten Seegebiet bleibt die Artenvielfalt der freilebenden Gemeinschaft genauso wie die Temperatur über die Tiefe konstant. Die Diversität der freilebenden Bakterien wird, basierend auf den in dieser Arbeit erhobenen Daten, durch den Faktor Temperatur stärker beeinflusst als durch hohen hydrostatischen Druck. Hinzu kommt die teilweise Substratabhängigkeit der freilebenden Gemeinschaft von der, das organische Material remineralisierende, Partikel-assozierten Gemeinschaft. Die Diversität der Partikel-assoziierten Bakteriengemeinschaft nimmt über die Tiefe ab und wird wahrscheinlich von der Qualität des sedimentierenden organischen Materials bestimmt. Von den Archaea sind die Crenarchaea im gesamten Freiwasser dominant. Im Bereich des “deep chlorophyll maximum“ (DCM), evtl. im gesamten Mesopelagial, kommen Ammonium-oxidierende Crenarchaea vor, die einen wesentlichen Teil der lichtunabhängigen Primärproduktion leisten und die oberen Schichten mit Nitrit bzw. Nitrat versorgen. Im DCM sind einige Euryarchaea der Gruppe II Partikel-assoziierte. Euryarchaea der Gruppe III sind in dieser Studie zum ersten Mal als partikel-assoziiert identifiziert worden. Man findet sie nur in Tiefen des DCM, somit scheinen sie eng an die Primärproduktion gekoppelt zu sein. Das Wasser des Untersuchungsgebiets besitzt aufgrund der oben genannten Charakteristika eine hohe optische Güte. Einige biokorrosive Bakterien wurden erkannt und sollten bei der Materialauswahl berücksichtigt werden. Aus hydrologischer und biologischer Sicht kann der Standort für den Betrieb eines Neutrino-Teleskops als geeignet eingestuft werden.

The Calypso Deep (5189 m), known as the deepest site in the Mediterranean Sea was verified for the acceptability of maintaining a cubic kilometer sized deep-sea neutrino telescope (KM3NeT). Our investigations focused on the analysis of the prokaryotic diversity in respect to prokaryotic bioluminescence and biocorrosion. Moreover, due to the rather high and constant temperature (>13 °C) of water even in the bathypelagial the study area is suitable for investigating the variation of the prokaryotic diversity over depth. The hydrology is quite constant at the study site. The sea surface temperature and the surface salinity (< 100 m) exhibit seasonal variations, solely. According to the nutrient and particulate organic carbon/nitrogen concentrations as well as to the very low prokaryotic bulk abundance found in the study area, it can be classified as extremely oligotrophic and may be divided into a neritic and an oceanic region. This categorisation is supported by the absence of [NiFe] hydrogenases in the complete study area and by the seasonal incidence of bioluminescene genes only in coastal waters. The presence of [NiFe] hydrogenases is restricted to eutrophic habitats. The prokaryotic diversity is stratified throughout the water column and shows distinct phylogenetic depth specificity. Approximately 20 % of the detected operational taxonomic units (OUT) are ubiquitous. A compositional change of the diversity but no decrease in over all diversity with depth was observed. These findings might result from the constant temperature observed between surface and bottom rather than on hydrostatic pressure alterations. Thus, the prokaryotic diversity could be mainly controlled by temperature. The diversity of the particle-associated community decreases with depth. Likely, its quality and consecutively the quality of the free-living community are determined by the character of the particulate organic matter. The crenarchaea constitute the majority of the free-living archaeal community at all depth. In contrast, the group II and III euryarchaea are dominant in the particle-associated fraction, only. Group III euryarchaea are restricted to the “deep chlorophyll maximum” (DCM) and particles which point to a possible interconnection with the primary production. At depth of the DCM a second kind of primary production was observed. Ammonium-oxidizing crenarchaea (N. maritimus) were detectable at 100 m depth providing nitrite for nitrifying bacteria, supporting an efficient nutrient remineralisation which is essential for the trophy status of extreme oligotrophic habitats. Summing up these results and adding the seasonal invariability of the analyzed parameters in the bathypelagial, the aquatic system at the study site exhibits excellent optical quality. Although biocorrosive species were found, the study site is favourable for installing a neutrino telescope.

Cite

Citation style:

Staller, Torsten: Diversität der freilebenden und Partikel-assoziierten prokaryotischen Lebensgemeinschaften in der Ionischen See, Griechenland. 2010.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export