Microbiological and biogeochemical studies of microbial Mn(IV) and Fe(III) reduction in arctic sediments (Svalbard) [Elektronische Ressource] / von Verona Vandieken

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• Publié par: universitat_bremen
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 16
• Langue: English
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Extrait

Microbiological and Biogeochemical Studies of
Microbial Mn(IV) and Fe(III) Reduction
in Arctic Sediments (Svalbard)
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
am Fachbereich 2 (Biologie/Chemie) der Universität Bremen
von
Verona Vandieken
Bremen 2005Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von Januar 2002 bis Mai 2005 am Max Planck
Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen angefertigt.
Referent: Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen
Korreferent: Prof. Dr. Gunter-Otto Kirst
Prüfer: Prof. Dr. Friedrich Widdel
Dr. Timothy Ferdelman
Tag des Promotionskolloquiums: 13. Juli 2005Picture of polar bear: Agata Zaborska during CABANERA cruise 2004
Cover picture: Bo Barker Jørgensen during Svalbard cruise 2003 (grey mud Station J, red mud Station F)TABLE OF CONTENTS
Danksagung.................................................................................................................................1
Summary.....................................................................................................................................3
Zusammenfassung.......................................................................................................................6
1 Introduction............................................................................................................................9
1.1 The Arctic Ocean around Svalbard..................................................................................9
1.2 Organic carbon mineralization.......................................................................................10
1.2.1 Pathways of benthic carbon mineralization.......................................................................................10
1.2.2 Regulation of carbon oxidation in sediments around Svalbard..........................................................12
1.3 Mn and Fe reduction in marine sediments.....................................................................13
1.3.1 Mn and Fe in marine sediments..........................................................................................................13
1.3.2 Methods to quantify Mn and Fe reduction rates.................................................................................14
1.3.3 Regulation of dissimilatory Mn and Fe reduction..............................................................................15
1.3.4 Rates of dissimilatory Mn and Fe reduction.......................................................................................18
1.4 Mn- and Fe-reducing prokaryotes..................................................................................20
1.4.1 Pure cultures.......................................................................................................................................20
1.4.2 Metabolic versatility...........................................................................................................................21
1.4.3 In situ abundance................................................................................................................................22
1.4.4 Temperature tolerance........................................................................................................................23
1.5 Aim of the present study................................................................................................24
1.6 Sampling sites................................................................................................................25
1.7 References......................................................................................................................26
2 Manuscripts..........................................................................................................................40
Overview of manuscripts..........................................................................................................40
2.1 Pathways of carbon oxidation in an Arctic fjord sediment (Svalbard)
and isolation of psychrophilic and psychrotolerant Fe(III)-reducing bacteria...............41
2.2 Psychrophilic Fe-reducing bacteria isolated from Arctic sediments,
Svalbard: Desulfuromonas svalbardensis sp. nov. and Desulfuromusa
ferrireducens sp. nov. ...................................................................................................69
2.3 Desulfovibrio frigidus sp. nov. and Desulfovibrio ferrireducens sp. nov.,
two psychrotolerant bacteria isolated from Arctic fjord sediments (Svalbard)
with the ability to reduce Fe(III)...................................................................................85
2.4 Low contribution of acetate and lactate to iron and sulfate reduction in
Arctic sediments, Svalbard.............................................................................................952.5 Carbon mineralization in Arctic sediments northeast of Svalbard: Mn(IV)
and Fe(III) reduction as most important anaerobic respiratory pathways...................113
2.6 Desulfotomaculum arcticum sp. nov., a new spore-forming, moderately
thermophilic sulfate-reducing bacterium isolated from a permanently
cold fjord sediment of Svalbard..................................................................................139
3 Conclusions ........................................................................................................................147
3.1 Mn and Fe reduction ..................................................................................................147
3.2 Carbon oxidation.........................................................................................................150
3.3 Fe- and sulfate-reducing bacteria................................................................................151
3.4 Outlook........................................................................................................................153
3.5 References...................................................................................................................154Danke!!!
Ein großes Dankeschön an Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen, für die Betreuung meiner
Doktorarbeit. Er hat durch viele Diskussion, Nachhilfestunden, mit seiner
Unterstützung und nicht zuletzt durch kritisches Lesen der Manuskripte wesentlich zu
dieser Arbeit beigetragen.
Prof. Dr. Gunter-Otto Kirst möchte ich für die Übernahme des Korreferates danken.
Ich danke den Mitgliedern des Prüfungskomitees: Prof. Dr. Friedrich Widdel, Dr.
Timothy Ferdelman, Dr. Verena Heuer und Regina Schauer.
Ein großes Dankeschön an die Svalbard Teams 2001, 2003 und 2004, mit Carol Arnosti,
Volker Brüchert, Niko Finke, Bo Barker Jørgensen, Ole Larsen, Swantje Lilienthal,
Maren Nickel, Andreas Teske, Monika Trümper und Christoph Vogt, die jede Ausfahrt
zu einem besonderen Erlebnis gemacht haben und nicht zuletzt zur „gelben und blauen
Spitzenforschung“ enorm beigetragen haben. Stig Henningsen und John Mortensen
danke ich für die tollen Ausfahrten und erfolgreichen Probennahmen mit MS „Farm“.
Danke an Paul Wassmann, der mir die Teilnahme am CABANERA Projekt
ermöglicht hat und die Ausfahrt mit RV „Jan Mayen“ hervorragend organisiert und
geleitet hat. Ich danke auch dem Kapitän und der Mannschaft von RV „Jan Mayen“,
sowie den WissenschaftlerInnen an Bord und besonders der „benthic group“ von
CABANERA für die Hilfe bei der Probennahme.
Christian Knoblauch ist gedankt für seine Hilfe bei der Isolierung und Charakterisierung
von psychrophilen Bakterien. Danke an Flynn Picardal für die witzige und unterhaltsame
Zeit im Labor und die Einführung in die Isolierung von Fe-Reduzierern mit der
„richtigen“ Heavy-Metal-Musik. Ich danke Marc Mußmann für viele hilfreiche Tipps. Ich
möchte auch Jens Harder für seine Hilfestellungen bei mikrobiologischen und
phylogenetischen Fragen danken.
1Danke an das „beste Büro am MPI 3137“: Lev Neretin und Helge Niemann, für Problem-
Bewältigungen aber auch viele nette Diskussionen und Unterhaltungen, Jochen Nüster,
der mir viel über Eisen beigebracht hat und mir immer wieder bestätigt hat, daß Eisen
sehr „kompliziert“ ist, danke an Elke Allers und Julie Leloup für die nette gemeinsame
Zeit im Büro.
Danke an Carol Arnosti, Joachim Kleine, Enoma Omoregie und Flynn Picardal für’s
Korrigieren von Introduction, Conclusions und Summary.
Danke an Swantje Lilienthal, Kirsten Imhoff, Martina Alisch, Gabi Klockgether, Daniela
Lange, Silke Wetzel, Jörg Wulf und die anderen TechnikerInnen für ihre Hilfe im
2+Labor, und an Silvana Hessler von der Universität Bremen für die Messungen von Mn
2+und Ca .
Danke an die Mitarbeiter des MPIs besonders an die der Arbeitsgruppe Biogeochemie,
die jederzeit bei Problemen ansprechbar waren und mir durch eine nette
Arbeitsatmosphäre die Zeit am MPI verschönert haben. Danke an Steph, Maayan,
Volker, Bernd, Ingo, Jeanne, Birte, Tina, Sonja, Katja und Joachim für ihre
Freundschaft.
Mein größter Dank gilt Niko Finke. Seine Expertenmeinung und viele Diskussionen mit
ihm haben mir oft geholfen, große und kleine Probleme zu lösen. Ohne sein praktisches
Geschick wäre ich wohl oft verzweifelt und gescheitert. Er hat mir die
Spitzbergenaufenthalte versüßt und mit seinen schier endlosen Witzen