Mikrokosmos- und Felduntersuchungen zur mikrobiellen Aktivität in oxisch-sulfidischen Chemoklinen im marinen Pelagial

In der Ostsee wurde in den vergangen Jahren in verstärktem Maß das Auftreten von sauerstoffarmen und sulfidischen Zonen beobachtet. Dies gilt sowohl langfristig für die Tiefenbecken der Zentralen Ostsee (z. B. in der Gotland See) als auch kurzfristig (saisonal) für die bodennahen Wasserzonen. Drastische Änderungen des Ökosystems sind die Folge, da für die meisten höheren Organismen Schwefelwasserstoff toxisch ist. Die Übergangsbereiche zwischen sauerstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen Zonen, den sogenannten Chemoklinen, sind u. a. durch erhöhte Biomassen und Aktivitäten von heterotrophen Bakterien gekennzeichnet. Das Ziel dieser Arbeit ist zu klären, welche Prozesse zu diesen Erscheinungen führen und welchen Einfluss wechselnde Sauerstoff- und Schwefelwasserstoffkonzentrationen oder Vermischungsprozesse auf die Aktivitäten der vorliegenden Bakteriengemeinschaften besitzen. Der Erfassung der Wechselwirkungen zwischen der Substrataufnahme, dem Abbau von organischem Material durch die extrazellulläre enzymatische Substratspaltung und den bakteriellen Wachstumsparametern kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Ausbreitung sulfidischer Zonen einerseits und den unregelmäßig stattfindenden Sauerstoffeinträgen in das anoxische-sulfidische Tiefenwasser andererseits besitzen die untersuchten Prozesse eine Relevanz für die Stoffflüsse der Ostsee. Die Arbeit trägt somit zum Verständnis der Auswirkungen bei, die die Ausbreitung bzw. die Verlagerung von Chemoklinen auf die mikrobiellen Aktivitäten und somit auf den Abbau von organischem Material besitzt. Die entsprechenden Untersuchungen und Experimente wurden sowohl im Freiland als auch im Labor durchgeführt. Hier besitzt die Entwicklung eines 300 l fassenden Laborsystems zur Simulation von Chemoklinen eine besondere Bedeutung. Dieser Mikrokosmos ermöglicht unter kontrollierbaren Bedingungen und durch eine feinskalige Auflösung der Chemokline (im cm-Bereich) Untersuchungen und auch experimentelle Manipulationen, die so im Freiland nicht möglich sind. Die im Mikrokosmos ermittelten Ergebnisse wurden durch Untersuchungen der natürlichen Chemokline in der Gotland See, Zentrale Ostsee, auf insgesamt 5 Schiffsexpeditionen verifiziert. Es wurde die charakteristische vertikale Verteilung der bakteriellen Aktivitäten heterotropher Bakteriengemeinschaften sowohl in langfristig als auch in kurzfristig etablierten Chemoklinen nachgewiesen. Kleinskalige Vermischungsprozesse besitzen deutliche Effekt auf die bakteriellen Aktivitäten. Dies ist sowohl durch stimulierende oder hemmende Effekte durch wechselnde Sauerstoff- und Schwefelwasserstoffkonzentrationen als auch durch kurzfristige Anreicherungen von gelöstem organischem Material zu erklären.