Nitratreduzierende eisenoxidierende Mikroorganismen in einem geochemischen und mineralogischen terrestrischen Analog-Habitat zum Mars (Rio Tinto, Spanien)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler; Professorin Sara Kleindienst, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462461224

Der Nachweis von Fe(II)-und nitrat-enthaltenden Mineralen im Gale Crater auf dem Mars hat zur Hypothese geführt, dass nitratreduzierende eisenoxidierende Mikroorganismen (NRFeOx) als Primärproduzenten in frühen fluvialen und lakustrischen Systemen auf dem Mars fungiert und im Untergrund lange Zeit nach der Austrocknung der Planetenoberfläche überdauert haben könnten. Während der Zeitperiode des Hesperians auf dem Mars, waren solche Habitate physiko-chemischen Veränderungen wie periodischer Austrocknung, Änderungen in Salinität und pH, etc. ausgesetzt. In einem solchen Habitat könnten NRFeOx Mikroorganismen zum N und Fe Zyklus und insbesondere zur Bildung gasförmiger N-Verbindungen sowie von Fe(III) (Oxyhydr)oxid and Fe(III) Hydroxysulfat Mineralen beigetragen haben. Analoge Fe-reiche Habitate die durch physiko-chemische Fluktuationen gekennzeichnet sind, sind typisch für terrestrische Mündungsgebiete, die durch saure Bergbauwässer beeinflusst werden. Ein terrestrisches Beispiel hierfür ist, wie die Gezeiten im Mündungsgebiet des Rio Tinto (Spanien) die Fluktuationen in pH, Eh, Salinität, etc. beeinflussen und gleichzeitig während der Trockenzeiten die Fluss-Auen austrocknen. Die Primärproduktion in solchen einzigartigen, anoxischen Habitaten kann durch chemosynthetische Aktivität von NRFeOx unterstützt werden und solche Prozesse könnten möglicherweise eine entscheidende Rolle für mögliches Leben auf dem Mars, auch nach der Austrocknung der Marsoberfläche, gespielt haben. Das erste Ziel des vorliegenden Antrags ist deshalb die Isolierung von nitratreduzierenden eisenoxidierenden Mikroorganismen aus anoxischem Fe(II)-reichen Sediment des Mündungsgebiets und des Oberlaufs sowie aus Bohrkernen aus dem Untergrund des Rio Tinto Gebiets in Spanien. Das zweite Ziel ist die Identifikation und Charakterisierung der isolierten Stämme von NRFeOx Mikroorganismen. Das dritte Ziel ist dann die Analyse ihrer metabolischen Aktivität und ihres Beitrags zur Eisen(II)-Oxidation, zur Primärproduktion und zur Bildung von N2O. Diese Ziele sollen durch eine Kombination geochemischer, physiologischer und molekularer Ansätze, einschließlich der Metagenomik und Metatranskriptomik, erreicht werden. Die Ergebnisse dieses Projekts werden uns helfen i) die Nischen und die Rolle von NRFeOx Mikroorganismen in Sedimenten des Mündungsgebietes und des Oberlaufs sowie im Untergrund der Rio Tinto Region zu bestimmen. Außerdem wird ii) die metabolische Aktivität der NRFeOx Mikroorganismen bestimmt und damit iii) die hypothetische Lebensfähigkeit von solchen Mikroorganismen mit Fe(II)-Mineralen, wie sie auf dem Mars gefunden wurden, evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen