Temperature-dependent response of microbial communities in the meso- and bathypelagic Atlantic Ocean

• Main Author: Debeljak, Pavla
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2014
• Subjects: Atlantik; Ross Sea; Antarktis*; North Atlantic
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.32242; https://othes.univie.ac.at/32242/

Marine microbial communities are essential contributors to global biomass, nutrient cycling, and biodiversity since the early history of Earth and their stability is influencing biogeochemical processes. In the present study, the temperature response (in situ temperature vs. 20°C) of the meso- and bathypelagic prokaryotic community of the North Atlantic and the Ross Sea in terms of dissolved inorganic carbon (DIC) fixation and community composition was determined. The prokaryotic community composition was assessed by 16S rRNA fingerprinting and 454 Tag sequencing. At a temperature of 20°C, DIC fixation was up to 230-times higher than at in situ temperature. This response was observed for the North Atlantic, in the Ross Sea, however, the increase in DIC fixation at 20°C remained insignificant. Although significant differences in prokaryotic community composition were observed between the in situ temperature and the 20°C incubations, the selective pressure applied as temperature increase, did not lead to a convergence of the prokaryotic communities of the different water masses incubated at 20°C. Sequencing revealed a high contribution of the gammaproteobacterial order Oceanospirillales to the total sequence abundance in the 20°C incubations. Our results indicate a high metabolic plasticity among members of this order and the potential of autotrophic DIC fixation indicated by the presence of genes for sulphur oxidation and carbon fixation, present in some Oceanospirillales (Swan et al. 2011). The temperature response is apparently not ubiquitously present in all the world’s oceans albeit widely distributed. The energy sources for this inorganic carbon fixation of the deep-sea microbial community remain enigmatic. : Marine mikrobielle Gemeinschaften tragen seit der Frühgeschichte der Erde wesentlich zur globalen Biomasse, dem Nährstoffkreislauf, der Biodiversität und ihrer Stabilität bei und sind unmittelbar relevant für eine Reihe von Umweltbelangen. In der vorliegenden Studie wurde die Zusammensetzung der prokaryotischen Gemeinschaft in Inkubationsexperimenten mit unterschiedlichen Wassermassen aus dem Meso- und Bathypelagial des Nordatlantik und des Ross-Meers der Antarktis mit mikrobiellem Fingerabdruck und 454 Tag Sequenzierung analysiert. Während der Inkubation wurde die Temperatur auf 20°C erhöht, und dieser Temperaturanstieg führte bis zu einer 230-fach höheren Fixierung von gelöstem anorganischen Kohlenstoff im Vergleich zu den Inkubationen bei in situ Temperatur. Diese Ergebnisse wurden für den Nordatlantik erzielt, im Ross-Meer der Antarktis blieb der signifikante Anstieg der anorganischen Kohlenstofffixierung jedoch aus. Obwohl signifikante Unterschiede in den Prokaryten-Gemeinschaften zwischen der in situ Temperatur und den 20°C Inkubationen im Atlantik gemessen wurden, führte der induzierte Selektionsdruck in Form der Temperaturerhöhung nicht zu einer Konvergenz der Gemeinschaften bei 20°C . Sequenzierung der 16S rRNA ergab einen hohen Anteil von Gammaproteobakterien der Ordnung Oceanospirillales in der Abundanz der Sequenzen aus den 20°C Inkubationen. Unsere Ergebnisse zeigen eine hohe metabolische Plastizität unter den Mitgliedern dieser Ordnung und das Potential der autotrophen anorganischen Kohlenstofffixierung durch Gene, die für die Schwefeloxidation und die Kohlenstofffixierung kodieren. Diese Gene wurden in einigen Oceanospirillales (Swan et al. 2011) nachgewiesen. Die erhöhte anorganische Kohlenstofffixierung bei erhöhter Temperatur in Tiefsee-Mikroben ist im gesamten Atlantik zu messen, nicht aber in den Antarktischen Gewässern, was auf eine spezifische Biogeographie dieser Mikroorganismen hinweist.