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Untersuchungen zur Methanbildung durch Algen in oxischem Meerwasser.

Thomas Klintzsch (2015)

 

Masterthesis vom 02.01.2015

(Kooperation mit dem Institut für Angewandte Mikrobiologie, Prof. Dr. Sylvia Schnell)

 

Untersuchungen zur Methanbildung durch Algen in oxischem Meerwasser.


Kurzfassung

Methan (CH4) spielt als Treibhausgas eine wichtige Rolle für die Strahlungsbilanz und somit für das Klima auf unserem Planeten, wobei es noch immer Unsicherheiten gibt hinsichtlich der Quellen und Senken. Eine Unsicherheit ist die Quellenstärke der Ozeane, man nimmt an, dass etwa 3% des atmosphärischen CH4-Budgets aus den Ozeanen stammt. Ein in den 1960er Jahren erstmals beschriebenes und immer wiederkehrendes Phänomen ist eine CH4-Übersättigung oxischer Oberflächengewässer in den Ozeanen. Der Prozess, der zu dieser Übersättigung führt, ist noch nicht geklärt. Eine CH4-Bildung durch methanogene Archaeen findet im Ozean generell nur unter anoxischen Bedingungen am Meeresboden bzw. im Sediment statt. Daher wird diese CH4-Übersättigung auch als das „Ozean-Methan-Paradoxon“ bezeichnet. Die Möglichkeit, dass Algen die Ursache für die CH4-Übersättigung der Oberflächen-Gewässer sind, wurde bislang nur von wenigen Autoren in Betracht gezogen.

Die Untersuchung, ob Algen eine Quelle für CH4 in Meerwasser sein können, ist die zentrale Frage dieser Arbeit. Hierzu wurde ein möglicher Zusammenhang zwischen CH4-Produktion und Algenwachstum systematisch untersucht. Um dies zu klären, wurden zwei Experimente durchgeführt, ein Vorversuch um das experimentelle Vorgehen zu optimieren und ein Hauptversuch zur Quantifizierung der CH4-Bildung und Identifizierung von CH4-Vorläuferverbindungen mittels 13C-Isotopenmarkierung.

In beiden Laborexperimenten konnte eine CH4-Bildung in den Algenansätzen nachgewiesen und quantifiziert werden. Die Algenzellzahl in den Inkubationsgefäßen korrelierte mit der CH4-Bildung. Durch den Einsatz von 13C-Isotopentmarkierung wurde neben Bikarbonat (H13CO3-) als unspezifische C-Quelle auch die Aminosäure Methionin als Vorläufersubstanz identifiziert. Durch die beim Methionin eingesetzte positionsspezifische 13C-Markierung (-S-13CH3) konnte die zum CH4 umgesetzte Methylgruppe bestimmt werden. Darüber hinaus ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit das molekularbiologische und kultivierungsabhängige Screening nach methanogenen Archaeen in den Algenkulturen. Keine der hier angewendeten Methoden zeigte einen Hinweis auf das Vorkommen oder eine Aktivität der Methanogenen in den Kulturen. Anhand der durch diese Arbeit erhaltenen Erkenntnisse wäre es durchaus möglich, dass Algen eine Quelle für CH4 in oxischen Gewässern darstellen und möglicherweise die Ursache für das Ozean-Methan-Paradoxon sein könnten.