| 1870 | Die Bedeutung der Mikroorganismen als Senke für atmosphärisches Chlormethan | Impact of microorganisms as sinks of atmospheric chlormethans | 16.10.2015 00:00:00 | 28.02.2018 00:00:00 | abgeschlossen | completed | Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. | Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) | x0x13x61x | Kolb, Steffen | x1932x | <div class='ntm_ZAL'>ZAL</div> | | <a href="http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/258712308">Projektbeschreibung bei DFG (Gepris)</a><BR /> | 2015 | Die Bedeutung der Mikroorganismen als Senke für atmosphärisches Chlormethan Impact of microorganisms as sinks of atmospheric chlormethans Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Kolb, Steffen Drittmittel Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) completed abgeschlossen <div class="ExternalClassE90001CE796C46A986A20DE9EA43EC97"><p>Ein deutsch-französisches Konsortium, bestehend aus Mikrobiologen und Atmosphärenforschern, wird die Bedeutung von Mikroorganismen für das globale Budget von atmosphärischen Chlormethan (CH3Cl) untersuchen. Anthropogene Emissionen von ozonzerstörenden halogenierten Gasen (FCKWs) wurden seit dem Inkrafttreten des Montreal-Protokolls im Jahre 1989 erheblich reduziert. Dadurch nahm die Bedeutung natürlicher Quellen halogenhaltiger Gase, wie CH3Cl, für die Ozonzerstörung in der Stratosphäre wieder zu. Das chlorhaltige Gas ist die am häufigsten vorkommende halogenhaltige organische Verbindung in der Atmosphäre und wird vornehmlich von terrestrischen Ökosystemen emittiert. Das meiste CH3Cl wird durch lebende Pflanzen und abgestorbenes Pflanzenmaterial, aber auch durch Wald- und Steppenbränden freigesetzt. Durch den drohenden Klimawandel und den zu erwarteten höheren Temperaturen werden die CH3Cl-Emissionen terrestrischer Ökosystemen dementsprechend in Zukunft vermutlich ansteigen. Allerdings sind die quantitativen Abschätzungen der CH3Cl-Quellen und -Senken bisher mit großen Unsicherheiten behaftet. Mikroorganismen könnten beim Abbau von atmosphärischem CH3Cl eine wesentlich größere Rolle spielen als bisher angenommen. Methylotrophe Mikroorganismen, von denen einige die Fähigkeit besitzen CH3Cl abzubauen, findet man in Böden und in der Phyllosphäre vieler Pflanzen. Jüngst wurden sogar metabolische aktive Methylotrophe in Wassertropfen von Wolken nachgewiesen. Die Antragsteller sehen die Hauptaufgabe des beantragten Projektes darin, ein vertieftes Verständnis des mikrobiellen CH3Cl-Abbaus auf Prozessebene wie auch auf genetischer Ebene zu erzielen. Das Konsortium wird kinetische und Isotopeneffekte während des Abbaus von CH3Cl durch Mikroorganismen im Boden, in der Phyllosphäre und in Wolken beispielhaft untersuchen. In verschiedenen Umweltproben werden mikrobiellen Gemeinschaften mittels Amplikon-basierter Next Generation Sequencing-Technologie anhand eines taxonomischem (16S-rRNA-Gen) und einem funktionellem Genmarker (cmuA) untersucht. Ausgewählte Umweltproben werden dann dem schweren 13C-Isotopolog von CH3Cl ausgesetzt, um die Biomasse der CH3Cl-umsetzenden Mikroorganismen zu markieren. Metagenome 13C-markierter DNA werden anschließend mittels einer Kombination von DNA-basierter Stabiler-Isotopen-Beprobung, Whole Genome Amplification und MiSeq (Illumina)-Hochdurchsatzsequenzierung gewonnen. Diese Untersuchungen werden die Diversität der mikrobiellen Abbauwege für CH3Cl erfassen und letztlich die Entdeckung neuer Methyltransferasen und weiterer Gene, die am CH3Cl Stoffwechsel beteiligt sind, ermöglichen. Dieser metagenomische Ansatz wird neue Einsichten in den Stoffwechsel von CH3Cl-abbauenden Gemeinschaften in Böden, der Phyllosphäre und Wolken ermöglichen. Kinetische und Isotopendaten werden zu einer Einschätzung zur quantitativen Bedeutung mikrobieller Senken für das globale CH3Cl-Budget führen.</p></div> <div class="ExternalClassF4C7677F3DB94D439AB02F50742006B7"><p>An interdisciplinary consortium of two French and two German partners will combine their expertise and knowledge to address the impact of microorganisms on the global budget of chloromethane (CH3Cl). Anthropogenic emissions of ozone depleting compounds (CFcs) have been strongly reduced since the Montreal protocol came into force in 1989. As a consequence, compounds released from natural sources, such as CH3Cl, have become increasingly relevant in stratospheric ozone depletion. This chlorinated gas is the most abundant halogenated compound in the atmosphere whose primarily source is the terrestrial ecosystems. Release from living and dead vegetation and biomass burning are major sources. The positive linear response with temperature suggests that future warmer climates will likely lead to increased CH3Cl emissions. However, current estimates of the CH3Cl global budget are uncertain and suggest that microorganisms play a more important role in degrading atmospheric CH3Cl than previously thought. Methylotrophic microbes, some with the metabolic capability to degrade CH3Cl, occur in soils, the phyllosphere of many plants, and have recently been reported to be active in water droplets of clouds. The applicants conceive that the main objectives of the proposed project are to reveal quantitative information on process-level and to provide in depth genetic insights into these microbes. The consortium will investigate kinetic and isotope effects during CH3Cl degradation by methylotrophs associated with soils, plants, and clouds. Laboratory experiments with specific CH3Cl degrading methylotrophs will be conducted to measure their effects on isotope composition and to determine temperature effects on kinetic parameters. In various environmental samples the microbial community will be characterized using amplicon-targeted next generation sequencing employing a taxonomical (16S RNA genes) and a functional gene marker for CH3Cl degradation (cmuA). Selected samples of soil, plants, and cloud water will be subjected to 13C-isoptopologue of CH3Cl in order to label the biomass of CH3Cl converting microbes. Metagenomes will then be retrieved using a combination of DNA stable isotope probing, whole genome amplification, and MiSeq (Illumina) high throughput sequencing. These experiments will assess the diversity of the microbial CH3Cl-degrading pathways, and will enable the discovery of novel methyltransferases and further genes involved in CH3Cl metabolic transformation. The metagenomic approach will provide new insights into CH3Cl-degrading microbial communities of temperate terrestrial ecosystems and clouds. Kinetic and isotopic data will resolve the quantitative relevance of microbial sinks for the global CH3Cl budget. A improved quantitative understanding of the sources and sinks of atmospheric CH3Cl will be invaluable for enhancing our predictive capability for stratospheric chlorine chemistry and ozone layer stability.</p></div> DFG Chlorofilter <div class="ExternalClassD806BD61-E6C3-49D5-AFDD-2891DCB81BDC"><ul><li>2016 Landschaftsprozesse</li></ul></div> <div class="ExternalClass2BE475B4-BEE2-45E0-A6D8-4565D31099C2"><ul><li>Universität Heidelberg</li><li>Universität Straßburg</li><li>Université Blaise Pascale, Institut für Chemie</li></ul></div> <div class="ExternalClass5C4AA4AC-99FD-4B42-A44F-4AF96645735F"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass737D59AF-F0C8-470A-912F-436F10CD3288"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClass26D76FF2-2C59-41DC-B305-5262D3C1D498"></div> | <div class="ExternalClassE90001CE796C46A986A20DE9EA43EC97"><p>Ein deutsch-französisches Konsortium, bestehend aus Mikrobiologen und Atmosphärenforschern, wird die Bedeutung von Mikroorganismen für das globale Budget von atmosphärischen Chlormethan (CH3Cl) untersuchen. Anthropogene Emissionen von ozonzerstörenden halogenierten Gasen (FCKWs) wurden seit dem Inkrafttreten des Montreal-Protokolls im Jahre 1989 erheblich reduziert. Dadurch nahm die Bedeutung natürlicher Quellen halogenhaltiger Gase, wie CH3Cl, für die Ozonzerstörung in der Stratosphäre wieder zu. Das chlorhaltige Gas ist die am häufigsten vorkommende halogenhaltige organische Verbindung in der Atmosphäre und wird vornehmlich von terrestrischen Ökosystemen emittiert. Das meiste CH3Cl wird durch lebende Pflanzen und abgestorbenes Pflanzenmaterial, aber auch durch Wald- und Steppenbränden freigesetzt. Durch den drohenden Klimawandel und den zu erwarteten höheren Temperaturen werden die CH3Cl-Emissionen terrestrischer Ökosystemen dementsprechend in Zukunft vermutlich ansteigen. Allerdings sind die quantitativen Abschätzungen der CH3Cl-Quellen und -Senken bisher mit großen Unsicherheiten behaftet. Mikroorganismen könnten beim Abbau von atmosphärischem CH3Cl eine wesentlich größere Rolle spielen als bisher angenommen. Methylotrophe Mikroorganismen, von denen einige die Fähigkeit besitzen CH3Cl abzubauen, findet man in Böden und in der Phyllosphäre vieler Pflanzen. Jüngst wurden sogar metabolische aktive Methylotrophe in Wassertropfen von Wolken nachgewiesen. Die Antragsteller sehen die Hauptaufgabe des beantragten Projektes darin, ein vertieftes Verständnis des mikrobiellen CH3Cl-Abbaus auf Prozessebene wie auch auf genetischer Ebene zu erzielen. Das Konsortium wird kinetische und Isotopeneffekte während des Abbaus von CH3Cl durch Mikroorganismen im Boden, in der Phyllosphäre und in Wolken beispielhaft untersuchen. In verschiedenen Umweltproben werden mikrobiellen Gemeinschaften mittels Amplikon-basierter Next Generation Sequencing-Technologie anhand eines taxonomischem (16S-rRNA-Gen) und einem funktionellem Genmarker (cmuA) untersucht. Ausgewählte Umweltproben werden dann dem schweren 13C-Isotopolog von CH3Cl ausgesetzt, um die Biomasse der CH3Cl-umsetzenden Mikroorganismen zu markieren. Metagenome 13C-markierter DNA werden anschließend mittels einer Kombination von DNA-basierter Stabiler-Isotopen-Beprobung, Whole Genome Amplification und MiSeq (Illumina)-Hochdurchsatzsequenzierung gewonnen. Diese Untersuchungen werden die Diversität der mikrobiellen Abbauwege für CH3Cl erfassen und letztlich die Entdeckung neuer Methyltransferasen und weiterer Gene, die am CH3Cl Stoffwechsel beteiligt sind, ermöglichen. Dieser metagenomische Ansatz wird neue Einsichten in den Stoffwechsel von CH3Cl-abbauenden Gemeinschaften in Böden, der Phyllosphäre und Wolken ermöglichen. Kinetische und Isotopendaten werden zu einer Einschätzung zur quantitativen Bedeutung mikrobieller Senken für das globale CH3Cl-Budget führen.</p></div> | <div class="ExternalClassF4C7677F3DB94D439AB02F50742006B7"><p>An interdisciplinary consortium of two French and two German partners will combine their expertise and knowledge to address the impact of microorganisms on the global budget of chloromethane (CH3Cl). Anthropogenic emissions of ozone depleting compounds (CFcs) have been strongly reduced since the Montreal protocol came into force in 1989. As a consequence, compounds released from natural sources, such as CH3Cl, have become increasingly relevant in stratospheric ozone depletion. This chlorinated gas is the most abundant halogenated compound in the atmosphere whose primarily source is the terrestrial ecosystems. Release from living and dead vegetation and biomass burning are major sources. The positive linear response with temperature suggests that future warmer climates will likely lead to increased CH3Cl emissions. However, current estimates of the CH3Cl global budget are uncertain and suggest that microorganisms play a more important role in degrading atmospheric CH3Cl than previously thought. Methylotrophic microbes, some with the metabolic capability to degrade CH3Cl, occur in soils, the phyllosphere of many plants, and have recently been reported to be active in water droplets of clouds. The applicants conceive that the main objectives of the proposed project are to reveal quantitative information on process-level and to provide in depth genetic insights into these microbes. The consortium will investigate kinetic and isotope effects during CH3Cl degradation by methylotrophs associated with soils, plants, and clouds. Laboratory experiments with specific CH3Cl degrading methylotrophs will be conducted to measure their effects on isotope composition and to determine temperature effects on kinetic parameters. In various environmental samples the microbial community will be characterized using amplicon-targeted next generation sequencing employing a taxonomical (16S RNA genes) and a functional gene marker for CH3Cl degradation (cmuA). Selected samples of soil, plants, and cloud water will be subjected to 13C-isoptopologue of CH3Cl in order to label the biomass of CH3Cl converting microbes. Metagenomes will then be retrieved using a combination of DNA stable isotope probing, whole genome amplification, and MiSeq (Illumina) high throughput sequencing. These experiments will assess the diversity of the microbial CH3Cl-degrading pathways, and will enable the discovery of novel methyltransferases and further genes involved in CH3Cl metabolic transformation. The metagenomic approach will provide new insights into CH3Cl-degrading microbial communities of temperate terrestrial ecosystems and clouds. Kinetic and isotopic data will resolve the quantitative relevance of microbial sinks for the global CH3Cl budget. A improved quantitative understanding of the sources and sinks of atmospheric CH3Cl will be invaluable for enhancing our predictive capability for stratospheric chlorine chemistry and ozone layer stability.</p></div> | <div class="ExternalClass91EAC7EB-B11E-4C28-A801-B39E3D1693D8"><ul><li>Inst. für Landschaftsbiogeochemie</li></ul></div> | <div class="ExternalClassAFD7E2FB-B37A-46DC-84CE-91D753BFC371"><ul><li>Inst. of Landscape Biogeochemistry</li></ul></div> | <div class="ExternalClass54481465-5859-4DA9-B97E-3B44703B899E">Prof. Dr. Steffen Kolb</div> | Kolb, Steffen | <div class="ExternalClass92493329-6442-4954-A696-DCBFF5D2CF25">Prof. Dr. Steffen Kolb</a></div> | <div class="ExternalClassD806BD61-E6C3-49D5-AFDD-2891DCB81BDC"><ul><li>2016 Landschaftsprozesse</li></ul></div> | <div class="ExternalClass9E3F3A73-65B7-48BF-A855-F968F7BF5CC7"><ul><li>2016 Landscape Functioning</li></ul></div> | x259x | <div class="ExternalClass2BE475B4-BEE2-45E0-A6D8-4565D31099C2"><ul><li>Universität Heidelberg</li><li>Universität Straßburg</li><li>Université Blaise Pascale, Institut für Chemie</li></ul></div> | x1926x2439x2444x | <div class="ExternalClass5C4AA4AC-99FD-4B42-A44F-4AF96645735F"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> | | DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft | <div class="ExternalClass737D59AF-F0C8-470A-912F-436F10CD3288"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> | | 3 | 3 | | <div class="ExternalClassC685F0E5-071F-4555-82A0-04FEA229D095"><ul><li>Mikrobielle Biogeochemie</li><li>PB1-Leitung (Leitung, Administrator und Sekretariat)</li></ul></div> | <div class="ExternalClass4A46596B-7AD1-438C-B119-D4E014D111EE"><ul><li>Microbial Biogeochemistry</li><li>Head of RA1 (head, administrative manager and secretariat)</li></ul></div> |
