Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Metagenomik der tiefen Biosphäre des eisenreichen Towuti-Sees, Indonesien, entlang einer 1 Ma Chronosequenz

Description: Der Towuti See auf Sulawesi, Indonesien ist ein stratifiziertes eisenreiches System, dessen tiefes Becken wechselnde Redoxbedingungen mit variablen Eisenoxidzuflüssen erfährt. Im Sommer 2015 erbohrte das ICDP Towuti Drilling Project Sedimentkerne, die ein Archiv über die Klima- und Ablagerungsgeschichte der letzten 1 Ma beinhalten. Während des späten Quartärs wechselten Nass- und Trockenperioden im See ab was zu unterschiedlichen trophischen und Redox Bedingungen führte. Das Projekt BioMetArchive wird untersuchen, welche Auswirkungen sedimentologische und geochemische Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft haben und diese durch die 1-Ma-Chronosequenz verfolgen. Wir werden den Towuti-See als modernes Analogon eisenreiche Systemen der frühen Erde nutzen um weitere Einblicke in die mikrobiellen Prozesse zu gewinnen. Die beiden Haupthypothesen des Projekts sind: (1) Mikrobielle Gemeinschaften spiegeln die lakustrinen Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung wieder, diese werden teilweise in sedimentärer DNA aufgezeichnet; (2) Umweltbedingungen in der Tiefe erzeugen einen Selektionsdruck hin zu spezifischen Stoffwechselprozessen, die es den Organismen der tiefen Biosphäre ermöglicht zu überleben. Diese Prozesse ähneln denen der eisenreisen Systeme der frühen Erde. Dank der jüngsten Fortschritte in der Metagenomik kann sedimentäre DNA nun verwendet werden, um mikrobielle Populationen in Bezug auf Häufigkeit, Diversität und Stoffwechselfunktionen zu charakterisieren. Das Projekt BioMetArchive wird Sedimentproben verwenden, die während der Bohrung im Jahr 2015 in hoher zeitlicher Auflösung genommen und seitdem bei -80°C tiefgefroren gelagert wurden. Kürzlich erfolgte Tests haben die Eignung dieses Materials für unsere geplanten Analysen bewiesen. Wir werden die phylogenetische Verteilung von Mikroorganismen ermitteln und genomische Daten mit bereits vorhandenen Umwelt- und geochemischen Datensätzen integrieren, um Parameter zu identifizieren, die die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Laufe der Zeit steuern. Durch Metagenomik werden wir identifizieren, welche mikrobiellen Taxa und metabolischen Merkmale an der Eisenreduktion und der Remineralisierung organischen Materials beteiligt sind. Außerdem werden wir Stoffwechselwege rekonstruieren, die effiziente Redox Reaktionen und die Remineralisierung organischen Materials in eisenhaltigen Sedimenten ermöglichen. Die eisenreichen Bedingungen im Sediment selektieren überwiegend für fermentative Bathyarchaeota. Metabolische Merkmale, die diesem völlig unkultivierten Stamm zugeordnet werden, deuten auf Eisen- und Schwefelmetabolismus sowie Methanogenese hin, was auf kryptische biogeochemische Zyklen schließen lässt. Die tiefe Biosphäre des eisenhaltigen Towuti-Sees stellt dabei ein modernes Äquivalent zu den Stoffwechselprozessen auf der frühen Erde dar.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Main ? Methangärung ? Mikroökologie ? Indonesien ? Sedimentkern ? Organisches Material ? Hydrochemie ? Hydrogeologie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Mikroorganismen ? Sediment ? Biosphäre ? Hydrologie ? Lebewesen ? Standortbedingung ? Angewandte Mikrobiologie ? Applied Microbiology ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Brandenburg

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

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2026-01-22

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub project: Subsurface biosphere metagenomics along the 1 Ma sedimentary archive of ferruginous Lake Towuti, Indonesia
  Description: Lake Towuti, Sulawesi, Indonesia is a stratified ferruginous system whose deep basin experienced dynamic redox conditions with variable iron oxide inflows over geologic time. In summer 2015, the ICDP Towuti Drilling Project retrieved a stratigraphic archive spanning the last 1 Ma of climatic and depositional history. During the Late Quaternary, wet and dry periods alternated, resulting in variable trophic and redox conditions. As sediment accumulated, microbial life at the sediment surface, linked to the availability of metal and organic substrates, became entombed, archiving paleoenvironmental conditions. However, changing environmental conditions during burial will select for specific groups of microorganisms, thereby altering the primary genomic record. Recent ICDP studies reported contrasting results with regard to the suitability of genomic data for reconstructions of paleoenvironmental conditions. The BioMetArchive project will investigate how sedimentological and geochemical conditions select for specific microbial assemblages at the time of deposition and trace them through the 1 Ma chronosequence. We will further elaborate on Lake Towuti as a modern analog for microbial processes in ancient ferruginous systems. The two main hypotheses of the project are: (1) Microbial compositions initially arise from past lacustrine conditions and deposited substrates, and are partially recorded in sedimentary DNA; (2) environmental conditions at depth select for specific metabolic features which allow the subsurface biosphere to persist in Lake Towuti and which are similar to processes that operated in ancient ferruginous systems.Thanks to recent advances in metagenomics, sedimentary DNA can now be used to characterize microbial populations in terms of abundance, diversity and metabolic functions. The BioMetArchive project will utilize sediments sampled at high resolution during field operations in 2015 and since kept deeply frozen at -80°C. Recent tests proved the suitability of this material for our planned analyses. We will establish the phylogenetic distribution of microorganisms and integrate genomic data with already existing environmental and geochemical datasets to identify parameters that control microbial community composition over time. Through metagenomics we will identify which microbial taxa and metabolic features are involved in iron reduction and organic matter remineralization throughout the sediment sequence. Finally, we will reconstruct metabolic pathways that can drive efficient redox cycling and organic matter remineralization in ferruginous sediments. The sediment’s ferruginous conditions predominantly select for fermentative Bathyarchaeota. Metabolic features assigned to this entirely uncultivated phylum relate to iron and sulfur transformation and methanogenesis, suggesting cryptic biogeochemical cycling. The deep biosphere of ferruginous Lake Towuti thereby represents a modern counterpart of early life’s metabolic processes. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138761

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/497135959 (Webseite)

Status

Aktiv

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