Die Bedeutung von Mikroorganismen als Senke für atmosphärisches Chlormethan

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Keppler; Professor Dr. Steffen Kolb
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258712308

Ein deutsch-französisches Konsortium, bestehend aus Mikrobiologen und Atmosphärenforschern, wird die Bedeutung von Mikroorganismen für das globale Budget von atmosphärischen Chlormethan (CH3Cl) untersuchen. Anthropogene Emissionen von ozonzerstörenden halogenierten Gasen (FCKWs) wurden seit dem Inkrafttreten des Montreal-Protokolls im Jahre 1989 erheblich reduziert. Dadurch nahm die Bedeutung natürlicher Quellen halogenhaltiger Gase, wie CH3Cl, für die Ozonzerstörung in der Stratosphäre wieder zu. Das chlorhaltige Gas ist die am häufigsten vorkommende halogenhaltige organische Verbindung in der Atmosphäre und wird vornehmlich von terrestrischen Ökosystemen emittiert. Das meiste CH3Cl wird durch lebende Pflanzen und abgestorbenes Pflanzenmaterial, aber auch durch Wald- und Steppenbränden freigesetzt. Durch den drohenden Klimawandel und den zu erwarteten höheren Temperaturen werden die CH3Cl-Emissionen terrestrischer Ökosystemen dementsprechend in Zukunft vermutlich ansteigen. Allerdings sind die quantitativen Abschätzungen der CH3Cl-Quellen und -Senken bisher mit großen Unsicherheiten behaftet. Mikroorganismen könnten beim Abbau von atmosphärischem CH3Cl eine wesentlich größere Rolle spielen als bisher angenommen. Methylotrophe Mikroorganismen, von denen einige die Fähigkeit besitzen CH3Cl abzubauen, findet man in Böden und in der Phyllosphäre vieler Pflanzen. Jüngst wurden sogar metabolische aktive Methylotrophe in Wassertropfen von Wolken nachgewiesen. Die Antragsteller sehen die Hauptaufgabe des beantragten Projektes darin, ein vertieftes Verständnis des mikrobiellen CH3Cl-Abbaus auf Prozessebene wie auch auf genetischer Ebene zu erzielen. Das Konsortium wird kinetische und Isotopeneffekte während des Abbaus von CH3Cl durch Mikroorganismen im Boden, in der Phyllosphäre und in Wolken beispielhaft untersuchen. In verschiedenen Umweltproben werden mikrobiellen Gemeinschaften mittels Amplikon-basierter Next Generation Sequencing-Technologie anhand eines taxonomischem (16S-rRNA-Gen) und einem funktionellem Genmarker (cmuA) untersucht. Ausgewählte Umweltproben werden dann dem schweren 13C-Isotopolog von CH3Cl ausgesetzt, um die Biomasse der CH3Cl-umsetzenden Mikroorganismen zu markieren. Metagenome 13C-markierter DNA werden anschließend mittels einer Kombination von DNA-basierter Stabiler-Isotopen-Beprobung, Whole Genome Amplification und MiSeq (Illumina)-Hochdurchsatzsequenzierung gewonnen. Diese Untersuchungen werden die Diversität der mikrobiellen Abbauwege für CH3Cl erfassen und letztlich die Entdeckung neuer Methyltransferasen und weiterer Gene, die am CH3Cl Stoffwechsel beteiligt sind, ermöglichen. Dieser metagenomische Ansatz wird neue Einsichten in den Stoffwechsel von CH3Cl-abbauenden Gemeinschaften in Böden, der Phyllosphäre und Wolken ermöglichen. Kinetische und Isotopendaten werden zu einer Einschätzung zur quantitativen Bedeutung mikrobieller Senken für das globale CH3Cl-Budget führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Personen: Dr. Pierre Amato; Dr. Françoise Bringel