Nicola Wannicke

Projekte

Biological Impact of Ocean Acidification (BIOACID)

Teilprojekt 1.2 Umsatz organischen Materials

(2009-2012)

Zahlen und Fakten

BIOACID beschäftigt sich mit den Auswirkungen der Ozeanversauerung auf Lebensgemeinschaften im Meer, genauer mit den Effekten der Ozeanversauerung auf die Kalkbildung, das Wachstum und die Entwicklung von Meeresorganismen. An dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die nächsten drei Jahre mit 8,5 Millionen Euro finanzierten Projekt sind insgesamt 14 Forschungsinstitute und Universitäten aus ganz Deutschland beteiligt. Die Projektleitung der 5 Teilprojekte liegt beim Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel. Am Institut für Ostseeforschung sind im Rahmen dieses Projektes 3 Doktoranden und ein PostDoc angestellt. Im Zuge dieses Projektes soll ein Richtwert für politische Entscheidungsträger ermittelt werden, unter welchen die Ozeanversauerung nicht sinken sollte.

Hintergrund

Seit dem Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert stieg der CO₂ Partialdruck in der Atmosphäre von 280 ppm auf 380 ppm (211%). Jährlich wird ungefähr ein Drittel dieses, aus der Verbrennung fossiler Energieträger freiwerdenden, Kohlendioxids (CO₂) in den Weltmeeren gelöst. Infolgedessen bildet sich Kohlensäure und die Konzentration von Karbonaten nimmt ab. Der pH-Wert verschiebt sich in den sauren Bereich. Dies ist auch schon messbar. Seit 1980 sank der pH Wert um 0.06 Einheiten und Zukunftsprognosen gehen von einer weiteren Senkung um 0.4 das bedeutet eine pH Wert Verschiebung von heute 8.14 auf 7.7 (oder Senkung um 6%), wenn der Status quo beibehalten bleibt (Bild 1).

Diese Zahl klingt zunächst nicht weiter dramatisch, wenn man bedenkt, dass die Organismen an bestimmte pH Werte angepasst sind und nur bis zu einem bestimmten pH Wert vorkommen. Besonders alarmierend ist, dass sich vor allem Organismen mit Kalkskeletten oder Schalen im wahrsten Sinne des Wortes auflösen, da sie ihr Skelett auf Grund der Wasserchemie nicht mehr aufbauen können. Der Rückgang der tropischen Korallen ist schon deutlich sichtbar. Die Ozeanversauerung führt im groben gesehen zu einer Art Domino Effekt. Kalkbildner gehen zurück. Kleine Primärproduzenten werden gefördert, die organische Produktion ändert sich qualitativ und quantitativ. Das geht einher mit einer Verschiebung der Biodiversität. Diese Änderungen auf der Basis der Nahrungskette setzen sich im Nahrungsnetz fort, von den Bakterien bis hin zu höheren Ebeneren.
Das höhere Angebot an Kohlenstoff beeinflusst wiederum die Produktivität der Primärproduzenten, die in den Sommermonaten vor allem von Stickstoff (N2) fixierenden Cyanobakterien dominiert werden, was sich als Konsequenz auf die anderen trophischen Ebenen auswirkt. Dieses Zusammenspiel aus Ozeanversauerung, Kohlenstoffangebot, Primärproduktion, N₂ - Fixierung, und Kopplung der einzelnen trophischen Ebenen soll in Mikrokosmen und Mesokosmen Versuchen im Teilprojekt 1.2 untersucht werden. Die übergeordnete Fragestellung ist: Welche Konsequenzen hat die Ozeanversauerung auf die Produktivität der einzelnen Ebenen (Primärproduzenten, Bakterien), den Umsatz und Abbau organischen Materials? Als Hypothese wird prognostiziert, dass die Primärproduktion und N₂ - Fixierung durch Cyanobakterien unter erhöhten CO₂ Partialdrücken steigen. Dies verändert die C:N:P Stöchiometrie der Algen zum Einen und deren Exsudate (organisches Material, DOM und TEP) zum anderen. Diese Quantitativen und Qualitativen Unterscheide wirken sich wiederum auf den bakteriellen Abbau organischen Materials aus, was mit einer Verschiebung der Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft einhergeht (Bild 2).

Geplante Versuche

Für die Versuche stehen Batch Versuche (Inkubationsflaschen und Tanks), sowie in enger Korporation mit dem Teilprojekt 1.2.1,Chemostaten zur Verfügung. Diese Laborexperimente sollen exemplarisch für Cyanobakterien und Diatomeenerfolgen. Zudem sollen im Rahmen von Schiffsreisen Versuche mit Freilandorganismen durchgeführt werden. Die Einstellung der unterschiedlichen CO2 Partialdrücke erfolgt mit Hilfe vorgemischter Luft und kann während der Inkubation gemäß des Leitfadens (Best practice guide) kontrolliert werden. Es sollen als Grundparameter Primärproduktion, N₂ - Fixierung, Phosphoraufnahme und Umsatz, bakterielle Aktivität und Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft und deren Abbau-Potential aufgenommen werden. Die bakterielle Gemeinschaft soll in Korporation mit dem IGB (Hans-Peter Grossart/Nicola Wannicke), der Phosphat Umsatz (DOP, DIP, TP) durch Monika und Günther Nausch/Juliane Unger die Primärproduktion und N₂ - Fixierung und N Umsatz (DIN, DON) durch Maren Voß/Nicola Wannicke und AWI (Anja Engel/Sonja Endres) bearbeitet werden

Das Projekt wurde im Rahmen der Jahrestagung der Leibniz-Gemeinschaft am 26.11.2009 in Rostock dem Bundespräsidenten Herrn Köhler vorgestellt (Bild 3).

Publikationen

• Wannicke, N.; I.Liskow; M.Voss (2010) Impact of diazotrophy on N stable isotope signatures of nitrate and particulate organic nitrogen– Case studies in North - Eastern Tropical Atlantic Ocean. GIEH Isotopes in Environmental and Health Studies 46 (3):337-354
• N.Wannicke, B.Koch, M.Voss. 2009. Factors influencing the release of fixed nitrogen and carbon as dissolved compounds (TDN and DOC) by two diazotrophic cyanobacterial species: Trichodesmium erythreum and Nodularia spumigena. Aquatic Microbial Ecology, Vol. 57: 175–189; doi: 10.3354/ame01343
• J.Tittel, I.Wiehle, N.Wannicke, H. Kampe, J. Poerschmann, J. Meier, N. Kamjunke (2009) Utilisation of terrestrial carbon by osmotrophic algae. Aquat. Sci. 71 (2009) 46 – 54
• N. Kamjunke, B. Koehler, N.Wannicke, J. Tittel (2008) Algae as competitors for glucose with heterotrophic bacteria. Journal of Phycology 44 (3) 616 - 623
• J. Tittel, J.Poerschmann , N.Wannicke, N. Kamjunke (2008) Polymerized coumaric acid as a model substrate for terrestrial-derived dissolved organic carbon utilized by aquatic microorganisms, J. Microbiol. Meth. 73, 237 – 241

  Dissertation: "On the role of dinitrogen (N₂) fixing cyanobacteria in marine environments with special focus on release and transfer of nitrogen (N)"

Vorträge und Posterpräsentationen

• Nicola Wannicke, Hans-Peter Grossart & Maren Voss (2011) Invited keynote lecture:  Impacts of Ocean Acidification on Microbial Processes and Biogeochemistry. IPCC Workshop Okinawa, Japan, 17-19.1.2011
• Nicola Wannicke, Sonja Endres, Anja Engel, Hans-Peter Grossart, Günther Nausch Monika Nausch , Juliane Unger,  Maren Voss (2011) Cyanobacteria in a high CO2 world- Growth and production of Nodularia spumigena under different CO2 concentrations. Vortrag gehalten auf der ASLO conference San Juan, Puerto Rico, 13-18.2.2011
• Nicola Wannicke, Hans-Peter Grossart, Giselher Gust , Andreas Meyer(2010) The effect of high hydrostatic pressure on bacterial growth and physiology-perspectives from a laboratory study using piezophillic bacteria strains, Vortrag gehalten auf dem BIOACID-Meeting 28. – 30.09.2010, Bremerhaven
• Nicola Wannicke, Sonja Endres, Anja Engel, Hans-Peter Grossart, Günther Nausch Monika Nausch , Juliane Unger,  Maren Voss (2010) Growth and production by Nodularia under elevated CO₂ concentrations -first results from a joint laboratory study. Posterpräsentation auf dem BIOACID-Meeting 28. – 30.09.2010, Bremerhaven
• Nicola Wannicke, Sonja Endres, Anja Engel, Hans-Peter Grossart, Günther Nausch Monika Nausch , Juliane Unger,  Maren Voss (2010) How elevated pCO₂ and DOM derived from Nodularia grown at different pCO₂ level modify bacterial growth and activity-first results from a joint laboratory study. Posterpräsentation auf dem BIOACID-Meeting 28. – 30.09.2010, Bremerhaven
• N.Wannicke, F. Korth, M. Voss (2009): Incorporation of diazotrophic fixed N₂ by mesozooplankton species - Case studies in the southern Baltic Sea using 15N-stable isotope tracer addition, Vortrag gehalten auf der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Stabile Isotope e.V. (ASI), 5.-7.10.2009, Potsdam
• Nicola Wannicke, Boris P. Koch, Maren Voss (2009): Factors influencing the release of fixed N₂ and C as dissolved compounds by Trichodesmium erythreum and Nodularia spumigena. Posterpräsentation auf der ASLO Tagung 2009, Nizza
• Nicola Wannicke (2009), Vortragstitel: Transfer of diazotrophic fixed N₂ to mesozooplankton species-Case studies in the Southern Baltic Sea and the Atlantic Ocean. Kiel IFM-GEOMAR invited by Julia La Roche, Fachbereich 2 Seminar