Potential for Microbial Nitrogen Cycling in the Supraglacial Environment of the High Arctic

Abstract

Unser Verständnis vom Nährstoffzyklus des Ökosystems der Hohen Arktis ist essentiell für die Verfolgung vom Schicksal der atmosphärischen Stickstoffdepositionen in diesem höchst sensitiven Milieu. Diese repräsentieren - oft in höchst konzentrierter Form - einen Input von reaktiven Formen von Stickstoff und finden sich entlang der Gletscherzuflussgebiete, die durch ein Ökosystem mit extremen Lebensbedingungen wie Nährstofflimitierung charakterisiert und mikrobiell dominiert sind. Nach einer Übersicht (Kapitel 1) über biologische Prozesse auf Gletscheroberflächenzeigt die vorliegende Arbeit einen Versuch einer Synthese zwischen biotischen und abiotischen Prozessen im Kontext mit dem N-Kreislauf dar. i) Darstellung über das Ausmaß der proteosynthetischen Aktivität (ein Stickstoff verbrauchender Prozess), der Mikroben mit Hilfe der Messung von von [3H]Leucin-Inkorporation im Laufe von in situ Inkubationen von Proben verschiedener Habitate der schmelzenden Schneedecke (Kapitel 2 und 4). ii) Untersuchung der mikrobiellen Diversität in der schmelzenden Schneedecke und Kryokonit-Sediment auf der Gletscheroberfläche in der Ablationszone mit Hilfe von modernen analytischen Methoden (qPCR, 454 sequencing). Wir fokussieren auf mikrobielle Gruppen, welche für die Ammonium-Oxidation charakteristisch sind (incl. amoA funktionellem Gen). Weiters werden erstmals Ammonium-oxidierende Archaeen für supraglaziale Habitate nachgewisen (Kapitel 3 und 5). Das letzte Kapitel (Conclusions and Perspective) hebt den Kontext und die Perspektive weiterer Forschungen hervor, welche in den partiellen Zusammenfassungen der einzelnen Kapitel nicht behandelt werden konnten.Our understanding of nutrient cycling in the High Arctic ecosystem is essential for tracking the fate of atmospheric nitrogen depositions in this highly sensitive environment. The atmospheric nitrogen deposition represents - often a highly concentrated - flux of its reactive forms and it takes a journey trough glacial catchments characteristic by an extreme, microbial-dominated and nutrient limited ecosystem. This work represents an attempt to push our knowledge a small step further by i) asking questions about microbial presence, transport and magnitude of proteosynthetic activity (nitrogen consuming processs) by assessing the [3H]leucine incorporation rate by in situ incubation of samples from different habitats in the melting snow pack (second and fourth chapter). ii) By investigation of microbial diversity in melting snow pack and in the cryoconite sediment on the glacial surface in the ablation zones using modern analytical methods (qPCR, 454 sequencing). We focused on the presence of microbial groups characteristic by ammonium-oxidation (incl. the functional gene amoA) and we report ammonium-oxidizing archaea for the first time in supraglacial environment (third and fifth chapter). The first chapter is a review paper presenting the topic of biological processes on glacier and ice sheet surfaces in a condensed form. The last chapter (Conclusions and perspective) points out the context and the perspectives of further research, which were not covered in the conclusions of particular chapters.von Jakub D. ZarskyEnth. u.a. 5 Veröff. d. Verf. aus den Jahren 2012 - 2013 . - Zsfassung in dt. SpracheInnsbruck, Univ., Diss., 2014OeBB(VLID)16756