Korrelation zwischen der Zusammensetzung mikrobieller Biofilme und der Verwitterung exponierter Felsoberflächen (Biodeterioration) entlang eines klimatischen und zeitlichen Gradienten in Chile

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Friedl; Professor Dr. Joachim Reitner
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280662823

Mögliche Korrelationen zwischen der taxonomischen Zusammensetzung mikrobieller Biofilmen, die offene Felsen aus hartem magmatischen Gestein besiedeln, und einer Verwitterung bzw. Erosion der Felsoberflächen zu untersuchen sind wichtige Ziele dieses Projektes. Die Diversität sowohl phototrophe (Cyanobakterien, eukaryotische Algen) als auch heterotrophe (andere Prokaryoten und Mikropilze) Biofilm-Komponenten werden mit New Generation Sequencing (NGS) möglichst umfassend bestimmt. Zusätzlich werden auch Kulturen der phototrophen Biofilmorganismen untersucht. Veränderungen der mikrobiellen Lebensgemeinschaften auf und im Gestein werden entlang eines klimatischen Gradienten in Bezug auf Feuchtigkeit und Temperatur untersucht. Dazu dienen Proben von Biofilmen und Bohrkernen aus drei klimatisch unterschiedlichen Zonen in der Küsten-nahen Cordillera Region in Chile, d.h. den ausgewiesenen primären Schwerpunktuntersuchungsarealen des SPP 1803. Verschiedene Sukzessionsstadien der Biofilme ergeben zusammen mit Altersbestimmung anhand von 14C Beschleunigungs-Massenspektrometrie eine biologische Zeitskala. Für einen breiteren Einblick in die Funktionalität von Diversitätsveränderungen in den Biofilmen dienen sowohl hoch auflösende Flächenanalytik von Hartteilschnitten als auch biochemische Analysen zum Nachweis Signaturen mikrobiellen Stoffwechsels an der Schnittstelle Biofilm/Fels. Die räumliche Verteilung und relative Abundanzen der verschiedenen Organismengruppen innerhalb der Biofilme werden mithilfe der in situ Hybridisierung und Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Parallel dazu werden exponierte künstliche Hartsteinsubstrate auf eine Entwicklung der Besiedelung und Verwitterung untersucht. Ebenfalls für das Erstellen einer biologischen Zeitskala der Verwitterung dienen Analysen von Detritus in nächster Nähe der untersuchten Felsen, d.h. Gesteinspartikel mit Biofilmen dar, die aufgrund der Verwitterung bereits vom Felskörper abgefallen sind. Die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften des Detritus gibt möglicherweise Hinweise auf den Beginn dessen Besiedlung und in einem späteren Stadium auch des Bodens, der sich aus dem Detritus bildet. Somit ergibt sich hier eine Schnittstelle von der biogenen Gesteinsverwitterung zur Besiedlung von Böden. Um Effekte der Erosion durch Biofilme untersuchen zu können und zur Etablierung einer geologischen Zeitskala dienen Analysen kosmogener Nuklide (CNA). Damit wird analysiert 1) ob und wenn ja welche Beziehungen zwischen der artlichen (OTU) Zusammensetzung der Biofilme und Erosion der Felsoberflächen bestehen und 2) eine graduelle Erosion der Oberfläche, d.h. Biodeterioration, stattfindet. In dem ariden nördlichen Untersuchungsgebiet (Atacama Wüste) sind auch Felsen ohne nachweisbaren Biofilm zu erwarten. Vergleiche der Konzentrationen kosmogener Nuklide von Proben mit und ohne Biofilm werden dann zeigen, ob und in wie fern Biofilme die Oberflächenverwitterung über lange Zeiträume hinweg beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota
• Mitverantwortliche: Dr. Steven Binnie; Professor Dr. Rolf Daniel