BioMetArchiv: Metagenomik der unterirdischen Biosphäre entlang des Sedimentarchivs von 1 Ma des eisenhaltigen Towuti-Sees, Indonesien.
Zuwendungsgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG, SPP1006 Schwerpunktprogramm,
Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
Projektlaufzeit: 2022 - 2025
Kooperationspartner:
Prof. James M. Russell – Brown University, Rhode Island, USA
Dr. Hendrik Vogel – University of Bern, Switzerland
Dr. Cynthia Henny – LIPI Research Center for Limnology, Bogor, Indonesia
Prof. Satria Bijaksana - Institut Teknology Bandung, Indonesia
Towuti-See, Sulawesi, Indonesien ist ein geschichtetes eisenhaltiges System, dessen tiefes Becken wechselnde Redoxbedingungen mit variablen Eisenoxidzuflüssen erfährt. Im Sommer 2015 hat das ICDP Towuti Drilling Project ein stratigraphisches Archiv aus den letzten 1 Ma der Klima- und Ablagerungsgeschichte gefunden. Während des späten Quartärs wechselten sich im Untersuchungsgebiet Nass- und Trockenperioden mit unterschiedlichen trophischen und redox Bedingungen im See ab. Als sich Sedimente anhäuften, wurde ein mikrobielles Leben eingegraben, dessen Persistenz mit der Verfügbarkeit von Metall und organischen Substraten verbunden ist.
Das BioMetArchiv Projekt, das durch das Schwerpunktprogramm ICDP der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG Projekt VU 94/3-1) gefördert wird, untersucht, wie Sedimentologie und geochemische Bedingungen im See zum Zeitpunkt der Ablagerung bestimmte mikrobielle Zusammensetzungen erfordern und diese durch die 1 Ma-Kernstratigraphie verfolgen. Es wird den Towuti-See als modernes Analogon für mikrobielle Prozesse in alten eisenhaltigen Systemen weiter ausarbeiten. Die Haupthypothesen sind: (1) Mikrobielle Ansammlungen beziehen sich auf frühere Seebedingungen und abgelagerte Substrate und wurden als sedimentäre DNA konserviert; (2) metabolische Merkmale, die es einer selektiven tiefen Biosphäre ermöglichen zu bestehen, sind für Lebensprozesse relevant, die im eisenhaltigen Proterozoikum ablaufen.
Dank der Fortschritte der Metagenomik, ermöglich sedimentäre DNA eine gründliche Charakterisierung mikrobieller Populationen in Bezug auf Häufigkeit, Diversität und Stoffwechselfunktionen. Für das Projekt werden Sedimentproben verwendet, die 2015 im Feldeinsatz konditioniert und bei -80°C tiefgefroren gehalten wurden. BioMetArchiv wird die phylogenetische Verteilung von Mikroorganismen ermitteln und genomische Daten mit verfügbaren umwelt- und geochemischen Datensatz integrieren, um zu klären, welche Umweltparameter für die mikrobielle Ansammlungen über das 1 Ma Archiv deterministisch sind. Durch Metagenome wird das Projekt identifizieren, welche mikrobiellen Taxa und metabolischen Merkmale an Prozessen der Eisenreduktion und der Remineralisierung organischer Stoffe entlang der Sedimentsequenz beteiligt sind.
Pilot-Kampagne Towuti 2014
Veröffentlichungen im Zusammenhang mit dem Projekt
Bauer KW, Byrne JM, Kenward P, Simister R, Michiels CC, Friese A, Vuillemin A, Henny C, Nomosatryo S, Kallmeyer J, Kappler A, Smit MA, Francois R, and Crowe SA (2020) Magnetite biomineralization in ferruginous waters and early Earth evolution. Earth and Planetary Science Letters 549, 116495, doi: 10.1016/j.epsl.2020.116495
Friese A, Kallmeyer J, Kitte JA, Montaño Martínez I, Bijaksana S, Wagner D, and the ICDP Lake Chalco Drilling Science Team and the ICDP Towuti Drilling Science Team (2017) A simple and inexpensive technique for assessing contamination during drilling operations. Limnology and Oceanography Methods, 15, 200–211, doi: 10.1002/lom3.10159.
Friese A, Bauer KW, Glombitza C, Ordonez LG, Ariztegui D, Heuer VB, Vuillemin A, Henny C, Nomosatryo S, Simister R, Wagner D, Bijaksana S, Vogel H, Melles M, Russell JM, Crowe SA, Kallmeyer J (2021) Organic matter mineralization in modern and ancient ferruginous sediments. Nature Communications 6, e2216, doi:10.1038/s41467-021-22453-0
Russell JM, Bijaksana S, Vogel H, Melles M, Kallmeyer J, Ariztegui D, Crowe SA, Fajar S, Hafidz A, Haffner D, Hasberg A, Ivory S, Kelly C, King J, Kirana K, Morlock M, Noren A, O'Grady R, Ordonez L, Stevenson J, von Rintelen T, Vuillemin A, Watkinson I, Wattrus N, Wicaksono S, Wonik T, Bauer KW, Deino A, Friese A, Henny C, Imran, Marwoto R, Ngkoimani LO, Nomosatryo S, Safiuddin LO, Simister R, and Tamuntuan G (2016) The Towuti Drilling Project: Paleoenvironments, biological evolution, and geomicrobiology of a tropical Pacific lake. Scientific Drilling, 21, 29-40, doi: 10.5194/sd-21-29-2016.
Vuillemin A, Horn F, Friese A, Winkel M, Alawi M, Wagner D, Henny C, Orsi WD, Crowe SA, and Kallmeyer J (2018) Metabolic potential of microbial communities from ferruginous sediments. Environmental Microbiology 20, 4297-4313. doi: 10.1111/1462-2920.1443
Vuillemin A, Wirth R, Kemnitz H, Schleicher AM, Friese A, Bauer KW, Simister R, Nomosatryo S, Ordoñez L, Ariztegui D, Henny C, Crowe SA, Benning LG, Kallmeyer J, Russell JM, Bijaksana S, Vogel H, and the Towuti Drilling Project Science Team (2019) Formation of diagenetic siderite in modern ferruginous sediments. Geology, 47, 540-544, doi: 10.1130/G46100.1.
Vuillemin A, Friese A, Wirth R, Schuessler JA, Schleicher AM, Kemnitz A, Lücke A, Bauer KW, Nomosatryo S, von Blanckenburg F, Simister R, Ordoñez LG, Ariztegui D, Henny C, Russell JM, Bijaksana S, Vogel H, Crowe SA, Kallmeyer J, and the Towuti Drilling Project Science Team (2020) Vivianite formation in ferruginous sediments from Lake Towuti, Indonesia. Biogeosciences, 17, 1955-1973, doi: 10.5194/bg-2019-426.
Vuillemin A, Mayr C, Schuessler JA, Friese A, Bauer KW, Lücke A, Heuer VB, Glombitza C, Henny C, von Blanckenburg F, Russell JM, Bijaksana S, Vogel H, Crowe SA, and Kallmeyer J (2022) A one-million-year isotope record from siderites formed in modern ferruginous sediments. GSA Bulletindoi: 10.1130/B36211.1.
