Das Projekt "Die Rolle des Schwefels im primordialen biochemischen Arsen-Kreislauf - Mono Lake" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. Leben wie wir es heute kennen, benötigt Phosphor. Arsen, das im Periodensystem unmittelbar darunter liegt, zeigt genügend chemische Ähnlichkeit, dass viele Organismen versuchen, Phosphat durch Arsenat zu ersetzen; für die meisten Organismen ist Arsen aber ein Gift. Kürzlich wurden allerdings vom Mono Lake - einem Arsen- und Sulfid-reichen, Sauerstoffarmen, hypersalinaren See Mikroorganismen isoliert, die Arsenat als Elektronenakzeptor verwenden können. Da der Mono Lake typische primordiale Bedingungen aufweist, stellt sich die Frage, ob As-Metabolisierer ein Indikator dafür sind, dass Arsen vor der Entwicklung der modernen Photosynthese eine wichtige biologische Rolle spielte. Wir vermuten, dass ein solcher früher Arsen-Kreislauf ganz entscheidend durch Schwefel beeinflusst worden wäre. Anstelle einer direkten Oxidation von Arsenit zu Arsenat, schlagen wir vor, dass Arsenit in sulfidischen Environments viel einfacher mit Polysulfiden reagieren kann, sich daraus Thioarsenate bilden, die sich wiederum zu Arsenat umwandeln. Die Identifikation von Reaktionswegen und -raten der Thioarsenatbildung und -umwandlung wird grundlegende Mechanismen des Energiegewinns primitiver Mikroorganismen aufdecken und wichtige Hinweise geben auf die Entwicklung frühen und möglicherweise extraterrestrischen Lebens. Derzeit werden gezielt zwei Organismen untersucht: der anaerobe chemoautotrophe Arsenat-Respirierer MLMS-1 und der fakultative, chemoautotrophe Arsenit-Oxidierer MLHE-1.
Das Projekt "Verknüpfung hydrogeochemischer und mikrobiell katalysierter Prozesse in der Arsen-Schwefel-Redoxchemie alkalischer geothermaler Quellen im Yellowstone Nationalpark" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. Zielstellung des vorliegenden Projektes ist es, das Zusammenspiel zwischen abiotischen und mikrobiell katalysierten Umwandlungen von Arsen- und Schwefelspezies unter Zunahme des Sauerstoffs und Abnahme der Temperatur zu bestimmen. Dazu werden insgesamt ca. 5-10 alkalische heiße Quellen und deren Abflusssysteme im Yellowstone National Park ausgewählt und folgende Einzelprojekte durchgeführt: - Charakterisierung mikrobieller Gemeinschaften aus hoch auflösenden (0.1-0.5 cm Pixelgröße) Luftbildern, die mittels eines Heliumballons selbst über den Quellen aufgenommen werden (Erfahrungen dazu hat meine Gruppe aus 3 anderen Projekten zur Kartierung hydrothermaler Features in Yellowstone); Kartierung und Wasserprobenahme zur Charakterisierung mittels DGGE (denaturierende Gradientengelelektrophorese, vorhanden an Uni Bozeman) - Speziierung von Arsen und Schwefel mittels IC-ICP-MS (Gerät wird 2008 angeschafft im Rahmen meiner DFG Emmy Noether Förderung) in kurzen Abständen von der Quelle entlang des Abflusskanals - Sequenzierung ausgewählter OTU-Bänder (OTU = operational taxonomic unit; in erster Näherung einer phylogenetischen Einheit entsprechend) aus der DGGE-Trennung zur Identifikation der Mikroorganismen (Uni Bozeman) à Korrelation mit der hydrogeochemischen Speziierung - Laborexperimente, in denen ausgewählte, aus den heißen Quellen isolierte Mikroorganismen Thioarsenat-Standard-Lösungen ausgesetzt werden zur Bestimmung der Umsatzraten einzelner Spezies (in meinem Labor) - Isotopenanalyse an Thioarsenaten mittels Elektrospray-Time-of-Flight-Massenspektrometrie (Trent University, Kanada) zur Bestimmung der 32S/34S Verhältnisse, die Hinweis auf abiotische oder biotische Fraktionierung geben und im Vergleich mit den mikrobiellen Untersuchungen helfen, abiotische von mikrobiell gesteuerten Umwandlungen zu unterscheiden - Bestimmung volatiler Arsenspezies mittels Sorption auf solid phase micro extraction fibers im Gelände und anschließender Analyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie zur Überprüfung der Arsenbilanz und möglicher Verschiebung der Redoxgleichgewichte durch Überführung von Spezies in die gasförmige Phase (Erfahrung zu Probenahme und Analyse bestehen aus meinem eigenen Promotionsprojekt); wenn möglich auch Korrelation mit dem Auftreten bestimmter Mikroorganismen