Mikrobiell produzierte extrazelluläre Substanzen (EPS) verändern die Stabilität von Feinsedimenten und die Eigenschaften der resuspendierten Sedimentflocken

• Antragstellerin: Dr. Sabine Ulrike Gerbersdorf
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 189216230

Im Fokus des jetzigen und geplanten DFG-Projekts steht die essentielle jedoch bisher im Süßwasser kaum erforschte Ökosystemfunktion der Biostabilisierung von Feinsedimenten durch Biofilme. Kernfragen befassen sich mit 1) der Relevanz von Biostabilisierung in verschiedenen lotischen Nischen 2) den Wechselwirkungen zwischen ausgewählten Umweltbedingungen (Lichtverfügbarkeit, Hydrodynamik, Nährstoffangebot) und der Besiedlung mikrobieller Ingenieure (Bakterien, Cyanobakterien, Mikroalgen) sowie 3) dem Einfluss mikrobieller Biomasse und genetischer Diversität auf die ausgeschiedenen extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) um schließlich 4) alle gewonnenen Erkenntnisse auf Sedimenteigenschaften und -dynamik (Stabilität, Adhäsion, Flockenbildung) zu beziehen. Bislang konnten wir den ersten experimentellen Beweis dafür führen, dass natürliche Biofilme über ein erhebliches Stabilisierungspotential verfügen (bis zu elfmal höher als die Kontrollen). Darüber hinaus beeinflussen sie Struktur, Größe und Absetzverhalten von erodierten Flocken wodurch sie die weitere Sedimentdynamik entscheidend prägen. So wichtig und neu diese Einblicke in die Funktionalität junger, aufwachsender Biofilme für Flusshabitate sind, die Erforschung etablierter Biofilme ist unerlässlich für ein umfassendes Gesamtbild. Dabei interessiert uns vor allem die Reaktion des Biofilmes auf abrupte Veränderungen der Hydrodynamik (z.B. bei Hochwasser oder Stauraumspülung). Während der Biofilmentwicklung wurden deutliche Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft erkennbar, die auf komplexe Interaktionen (Konkurrenz, Mutualismus) zwischen Mikroalgen und Bakterien hinweisen. Bisher konnten wir zwar verschiedene Schlüsselakteure auf Taxon- und Artenebene identifizieren und einhergehende Veränderungen der Biostabilisierung beobachten, jedoch ist uns die Rolle der einzelnen Taxa und Arten im komplexen Gesamtgefüge des natürlichen Biofilms noch unbekannt. Hier sollen Experimente mit Reinkulturen wichtige Erkenntnisse zum Verständnis der Funktionsleistungen des komplexen Biofilmes beitragen; zudem ermöglicht dieser Ansatz auch die Erforschung von artspezifisch erzeugten EPS und deren Adhäsionseigenschaften. Schlussendlich hängen alle unsere Erkenntnisse zur Biostabilisierung erheblich von der Messmethode dieser Ökosystemfunktion ab. Wir haben daher die Weiterentwicklung einer neuen und hochsensitiven Methode, der Magnetic Particle Induction (MagPI) wesentlich verbessert (Funktionsgrundlagen erforscht, stärkere Elektromagneten mit minimierter Remanenz gebaut). Um den Einfluss der damit gemessenen Adhäsion auf die Sedimentstabilität (ermittelt in unserer Erosionsrinne SETEG) quantifizieren zu können müssen jedoch noch grundlegende Zusammenhänge geklärt werden. Weiterhin würde das Projekt deutlich von einer besseren Objektivität und Vergleichbarkeit der MagPI Daten profitieren, z.B. durch die Entwicklung standardisierter Partikel sowie eines voll-automatisierten Mess- und Auswertesystems.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen