Abteilung Oberflächengewässer

Mikrobielle Ökologie

Aquatische Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle für das Funktionieren von aquatischen Ökosystemen wie zum Beispiel Seen und Flüssen. Sie tragen wesentlich zu den biogeochemischen Prozessen in den verschiedenen Nährstoffkreisläufen bei. Die Forschungsgruppe Mikrobielle Ökologie trägt die mikrobiologische Perspektive zum interdisziplinären Ansatz des Departements Oberflächengewässer bei. Wir erforschen, wie die Umweltbedingungen in aquatischen Systemen die Zusammensetzung und Funktion der Mikrobengemeinschaften steuert, und wie diese wiederum die Prozesse und Stoffflüsse im Ökosystem beeinflussen.
Aber nicht alle Mikroben habe eine positive Rolle in der Umwelt: Ein weiterer Fokus der Forschungsgruppe ist die Untersuchung der Rolle der Oberflächengewässer und des Urbanen Wasserkreislaufs bei der Verbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien.
Unsere Ziele:

  • Erforschung der Mikroorganismen, die entscheidende Rollen bei wichtigen biogeochemischen Prozessen in aquatischen Ökosystemen übernehmen, z.B. bei der Methanoxidation, dem Abbau von organischer Substanz, oder im Stickstoffkreislauf
  • Ein besseres Verständnis der Rolle der mikrobiellen Biodiversität und der Struktur von mikrobiellen Gemeinschaften für die Stabilität von Ökosystemprozessen
  • Erforschung der Dynamik mikrobieller Gemeinschaften in einer dynamischen Umwelt. Resistenz und Resilienz von Struktur und Funktion.
  • Information über mikrobielle Populationen in Bezug zur Funktion setzten:  Von der Black Box zu populationsbasierten Prozessmodellen
  • Erforschung der Rolle aquatischer Systeme für die Verbreitung, Selektion, und Evolution antibiotikaresistenter Bakterien.

Ein besseres Verständnis der mikrobiellen Ökologie aquatischer Systeme leistet einen unverzichtbaren Beitrag für ein nachhaltiges Management unserer Wasser-Ressourcen.

Kontakt

Dr. Helmut Bürgmann Tel. +41 58 765 2165 E-Mail senden

Team

Dr. Helmut Bürgmann Tel. +41 58 765 2165 E-Mail senden
Karin Beck Tel. +41 58 765 2150 E-Mail senden
Dr. Robert Niederdorfer Tel. +41 58 765 2215 E-Mail senden
Dr. Sasikaladevi Rathinavelu Tel. +41 58 765 2210 E-Mail senden
Dr. Matthew Blair Tel. +41 58 765 2228 E-Mail senden
Denise Wälchli Tel. +41 58 765 2158 E-Mail senden

Aktuelle Projekte

Abwasser ist mit antibiotikaresistenten Bakterien belastet. Wir untersuchen ihre Ausbreitung in die Umwelt und Gegenmassnahmen.

Antibiotikaresistenzen als Umweltkontamination
Die ökologischen Nischen und Eigenschaften von Methanotrophen Bakterien: Von der Populationsanalyse zu Prozessmodellen.

MOBtrait: Methanotrophe Bakterien in Seen
Wir untersuchen die mikrobielle Gemeinschaft in Seen, deren Hauptakteure und ihre Aktivität bei verschiedenen Stickstoff-Transformationsprozessen.

Mikrobengemeinschaften und Stickstoffkreislauf in Seen
Wir untersuchen die ökologische Stabilität von Anammox-Biofilmen, die für die autotrophe Stickstoff Eliminierung in gemischten Nitritation-Anammox Systemen verantwortlich sind.

Ökologische Stabilität von Annamox Biofilmen

Vorherige Projekte

Methanzyklus des Kivu Sees

Lake Kivu (Rwanda / R. o. t. Kongo) is a large Lake in central Africa distinguished by an enormous accumulation of dissolved CO2 and methane in its Hypolimnion. We studied and modeled the processes of methane cycling and the distributions of potential methanotrophs populations in the Lake.

Zusammenarbeit
Kivusee Projekt-Team

 

Publikation

Methane sources and sinks in Lake Kivu

Unique worldwide, Lake Kivu stores enormous amounts of CH4 and CO2. A recent study reported that CH4 concentrations in the lake have increased by up to 15% in the last 30 years and that accumulation at this rate could lead to catastrophic outgassing by ∼2100. This study investigates the present-day CH4 formation and oxidation in Lake Kivu. Analyses of 14C and 13C in CH4 and potential carbon sources revealed that below 260 m, an unusually high ∼65% of the CH4 originates either from reduction of geogenic CO2 with mostly geogenic H2 or from direct inflows of geogenic CH4. Aerobic CH4 oxidation, performed by close relatives of type X CH4-oxidizing bacteria, is the main process preventing CH4 from escaping to the atmosphere. Anaerobic CH4 oxidation, carried out by CH4-oxidizing archaea in the SO42−-reducing zone, was also detected but is limited by the availability of sulfate. Changes in 14CCH4 and 13CCH4 since the 1970s suggest that the amount of CH4 produced from degrading organic material has increased due to higher accumulation of organic matter. This, as well as the sudden onset of carbonates in the 1960s, has previously been explained by three environmental changes: (1) introduction of nonnative fish, (2) amplified subaquatic inflows following hydrological changes, and (3) increased external inputs due to the fast growing population. The resulting enhancement of primary production and organic matter sedimentation likely caused CH4 to increase. However, given the large proportion of old CH4 carbon, we cannot exclude an increased inflow of geogenic H2 or CH4.
Pasche, N.; Schmid, M.; Vazquez, F.; Schubert, C. J.; Wüest, A.; Kessler, J. D.; Pack, M. A.; Reeburgh, W. S.; Bürgmann, H. (2011) Methane sources and sinks in Lake Kivu, Journal of Geophysical Research G: Biogeosciences, 116(G3), G03006 (16 pp.), doi:10.1029/2011JG001690, Institutional Repository

Archaea in Sedimenten des Kivu Sees

In diesem Projekt analysierten wir die Population von Archaea, zu denen auch methanogene Organismen zählen. Die Sedimente werden lokal stark durch verschiedene Unterwasser-Quellen beeinflusst, und auch die Mikrobiellen Gemeinschaften werden dadurch stark beeinflusst.

Zusammenarbeit
Kivusee Projekt-Team

Publikation

Local conditions structure unique archaeal communities in the anoxic sediments of meromictic Lake Kivu

Meromictic Lake Kivu is renowned for its enormous quantity of methane dissolved in the hypolimnion. The methane is primarily of biological origin, and its concentration has been increasing in the past half-century. Insight into the origin of methane production in Lake Kivu has become relevant with the recent commercial extraction of methane from the hypolimnion. This study provides the first culture-independent approach to identifying the archaeal communities present in Lake Kivu sediments at the sediment-water interface. Terminal restriction fragment length polymorphism analysis suggests considerable heterogeneity in the archaeal community composition at varying sample locations. This diversity reflects changes in the geochemical conditions in the sediment and the overlying water, which are an effect of local groundwater inflows. A more in-depth look at the archaeal community composition by clone library analysis revealed diverse phylogenies of Euryarchaeota and Crenarachaeota. Many of the sequences in the clone libraries belonged to globally distributed archaeal clades such as the rice cluster V and Lake Dagow sediment environmental clusters. Several of the determined clades were previously thought to be rare among freshwater sediment Archaea (e.g., sequences related to the SAGMEG-1 clade). Surprisingly, there was no observed relation of clones to known hydrogentrophic methanogens and less than 2 % of clones were related to acetoclastic methanogens. The local variability, diversity, and novelty of the archaeal community structure in Lake Kivu should be considered when making assumptions on the biogeochemical functioning of its sediments.
Bhattarai, S.; Ross, K. A.; Schmid, M.; Anselmetti, F. S.; Bürgmann, H. (2012) Local conditions structure unique archaeal communities in the anoxic sediments of meromictic Lake Kivu, Microbial Ecology, 64(2), 291-310, doi:10.1007/s00248-012-0034-x, Institutional Repository

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