In letzter Zeit, Wissenschaft China Erdwissenschaften veröffentlichten eine Arbeit über die Umwandlung von organischem Material durch Mikroorganismen unter anoxischen/hypoxischen Bedingungen. Mit der Intensivierung der Wassereutrophierung und der globalen Erwärmung tritt Hypoxie häufig in Küstengewässern auf. In dieser Studie führten die Forscher ein Experiment durch, um Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft und die molekularen Eigenschaften von gelöstem organischem Material (DOM) unter hypoxischen Bedingungen zu untersuchen.
Die mikrobiell vermittelte DOM-Transformation wurde in verschiedenen Medien (natürliches und künstliches Meerwasser mit und ohne Laminarin) bei verschiedenen Gehalten an gelöstem Sauerstoff (7, 5 und 2 mg L−1) verglichen. Sie untersuchten auch Unterschiede in der DOM-Zusammensetzung zwischen den Gruppen mit spektroskopischer Analyse und ultrahochauflösender Fourier-Transformations-Ionen-Zyklotron-Resonanz-Massenspektrometrie (FT-ICR MS). Die Experimente beleuchten die Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und DOM sowie Prozesse und Mechanismen der DOM-Erhaltung im hypoxischen Küstenökosystem.
Die Forscher fanden heraus, dass sich die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur und die molekularen Eigenschaften von DOM offensichtlich zwischen der hypoxischen Gruppe (O2−1) und den anderen beiden experimentellen Gruppen (O2=5 oder 7 mg L−1) unterschieden. Die Verwertungsrate des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) durch Mikroorganismen wurde unter hypoxischen Bedingungen um 36,9 % bis 46,7 % verringert.
Das Wachstum streng aerober Bakteriengruppen wie Pseudomonas und Sphingomonas wurde gehemmt, und Rhodobacteraceae können verfügbares organisches Material gründlich abbauen und bis zum Ende des Experiments eine relativ hohe Häufigkeit beibehalten. Proteinähnliche fluoreszierende DOM-Komponenten wie Tyrosin und Tryptophan blieben erhalten, während die DOM-Humifizierung unter sauerstoffarmen Bedingungen signifikant verringert wurde.
Der Prozentsatz an S-haltigen DOM-Molekülen war in der hypoxischen Gruppe signifikant höher als in den anderen Sauerstoffkonzentrationsgruppen. Der molekulare Aromatizitätsindex (der den Refraktärgrad darstellt) von DOM nahm unter den hypoxischen Bedingungen signifikant ab. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die nachlassende mikrobielle Aktivität und die Nachfolge in der Gemeinschaft zur Erhaltung labiler organischer Substanz unter hypoxischen Bedingungen führten.
Die Forscher sagen voraus, dass labilere organische Stoffe in Küstengewässern gespeichert oder in Sedimenten begraben werden, wenn sich hypoxische Regionen aufgrund der globalen Erwärmung und Eutrophierung ausdehnen. Die Reaktionen mikrobieller Gemeinschaften auf niedrige Sauerstoffkonzentrationen und die Auswirkungen von Hypoxie auf die DOM-Zusammensetzung können eine wichtige negative Rückkopplungsregulierung im marinen Kohlenstoffkreislauf und im globalen Klimawandel liefern.
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Shicong Xiao et al, Molekulare Charakterisierung der durch Mikroorganismen vermittelten Umwandlung organischer Materie unter anoxischen/hypoxischen Bedingungen, Wissenschaft China Erdwissenschaften (2023). DOI: 10.1007/s11430-022-1080-8