Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Kohlenstoff- und Energiefluss im Bodenmikrobiom - funktionelle Gruppen, Aktivität und Interaktionen in trophischen Netzwerken

Description: Bodenökosysteme werden von Kohlenstoff-(C), Nährstoff- und Energieflüssen angetrieben, die für die biogeochemischen Kreisläufe wesentlich sind. Insbesondere die Organismen des Bodenmikrobioms beeinflussen diese Prozesse. Die interagierenden Arten sind in komplexe Netzwerke eingebettet und bestimmen je nach ihren Merkmalen die Architektur, Stabilität und Funktionalität des Mikronahrungsnetzes. Die Muster der Ressourcennutzung ergeben sich aus diesen trophischen Interaktionen zwischen den Biota innerhalb des Mikrobioms. Das Hauptziel des SPP "SoilSystems" ist es, energiebasierte Beschreibungen mit biotischen Interaktionen zu integrieren, um ein systemisches Konzept zu den Umsetzungsprozessen im Boden zu erhalten. Vor diesem Hintergrund verknüpft das beantragte Projekt den C- und Energiefluss im Bodenmikrobiom mit der Struktur und Funktion des Mikronahrungsnetzes, wobei Nematoden als Modellgruppe dienen. Der Schwerpunkt liegt auf den funktionellen Merkmalen, der Lebensstrategie und den trophischen Interaktionen der mikrobiellen Weidegänger. Die Verwendung von 13C-markierten Substraten ermöglicht die Bilanzierung von C-Pools und -Flüssen sowie die Untersuchung stabiler Isotope (Stable Isotope Probing - SIP) von Phospholipidfettsäuren (PLFA-SIP) und DNA (DNA-SIP). Metagenomanalysen werden mit DNA-SIP kombiniert, um Gene von Enzymen, welche am Substratabbau beteiligt sind, sowie die entsprechenden Stoffwechselwege zu identifizieren. Darüber hinaus dienen die metabolischen Fußabdrücke der Nematoden als merkmalsbasiertes Maß für Produktion und C-Assimilation höherer trophischer Ebenen. Drei Hauptfragen werden im Rahmen des Projekts untersucht: (1) Welchen Einfluss haben funktionelle Merkmale von bakteriellen Weidegängern (z.B. Ernährungsweise, Größe) und ihre interspezifischen Interaktionen (z.B. Ressourcenkonkurrenz, Intragilde-Prädation) auf den C- und Energiefluss im Mikrobiom? (2) Wie verändert die funktionelle Komplexität von Weidegängern (d.h. multitrophische Interaktionen) die mikrobielle Aktivität und die metabolischen Umwandlung von Ressourcen? (3) Beeinflussen veränderte mikrobielle Umsatzprozesse, z.B. verursacht durch Unterschiede im Energiegehalt von Substraten, die strukturelle und funktionelle Organisation höherer trophischer Ebenen? Die gewonnenen morphologischen, isotopischen und genomischen Daten werden mit weiteren metagenomischen (Bakterien, Pilze, Virom), biochemischen (z.B. Enzyme, Ergosterol) und thermodynamischen Ansätzen (Wärme, Kalorimetrie) kooperierender Projekte kombiniert. Dadurch wird ein umfassendes Wissen über die Struktur und Funktion des gesamten Mikrobioms und die C- und Energieflüsse gewonnen. Das beantragte Projekt wird damit die Lücke zwischen arten- und energiebasierten Nahrungsnetzen schließen und das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Energiedynamik im Boden und Ökosystemfunktionen fördern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Nematoden ? Biogeochemie ? Bodenkunde ? Bakterien ? Assimilation ? Bodenökosystem ? Kalorimetrie ? Pilz ? Biologische Aktivität ? Lebewesen ? Ressourcennutzung ? Ressourcenkonflikt ? Ökosystemfunktion ? Ernährungsverhalten ? Soil Sciences ?

Region: Berlin Brandenburg

Bounding boxes: 10.44908° .. 10.44908° x 54.03518° .. 54.03518° 13.01582° .. 13.01582° x 52.45905° .. 52.45905°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. - Programmbereich 1 Landschaftsprozesse - Arbeitsgruppe Mikrobielle Biogeochemie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Biologie, Arbeitsgruppe Ökologie (Projektverantwortung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub project: Carbon and energy flow in the soil microbiome - functional groups, activity and interactions in trophic networks
  Description: Soil ecosystems are driven by carbon (C), nutrient and energy flows, which are essential for biogeochemical cycles. In particular the organisms in the soil microbiome are channeling these fluxes. The interacting species are embedded within complex networks, and according to their traits, determine the architecture, stability and functionality of the micro-food web. The pattern of resource utilisation result from these trophic interactions among biota within the microbiome. The major goal of the SPP “SoilSystems” is to integrate energy-based descriptions with these biotic interactions to gain a systemic concept for turnover processes in soil. Within this framework the proposed project will link C and energy flow in the soil microbiome to the structure and function of the micro-food web, using nematodes as model group. The focus is on functional traits, life strategy and trophic interactions of microbial grazers. Using 13C labelled substrates allows for budgeting C pools and fluxes as well as stable isotope probing of phospholipid fatty acids (PLFA-SIP) and DNA (DNA-SIP). Metagenome analyses are combined with DNA-SIP to assign genes of enzymes that are involved in the degradation of substrate as well as the related metabolic pathways. Moreover, nematode metabolic footprints serve as trait-based measure for production and C assimilation of higher trophic levels. Three major questions will be addressed by the project: (1) What is the impact of functional traits of bacterial grazers (e.g. feeding mode, size) and their interspecific interactions (e.g. resource competition, intraguild predation) on C and energy flow in the microbiome? (2) How does functional complexity of grazers (i.e. multitrophic interactions) change microbial activity and metabolic transformation of resources? (3) Do altered microbial turnover processes, caused by differences in e.g., energy content of substrates, affect the structural and functional organisation of higher trophic levels? The gained morphologic, isotopic, and genomic data will be combined with metagenomic (bacteria, fungi, virome), biochemical (e.g. enzymes, ergosterol) and thermodynamic approaches (heat, calorimetry) of collaborating projects. This will provide in-depth knowledge on the structure and function of the entire microbiome, and the C and energy fluxes therein. Therewith, the proposed project will bridge the gap between species and energetic based food webs and support the understanding between energy dynamics in soil and ecosystem functions. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140786

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/465081540 (Webseite)

Status

Aktiv

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