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DFG project G:(GEPRIS)545769867

Verknüpfungen von Phosphor und Mangan Regulieren die Produktivität des Ökosystems Ozean

CoordinatorViktoria Steck, Ph.D.
Grant period2025 -
Funding bodyDeutsche Forschungsgemeinschaft
 DFG
IdentifierG:(GEPRIS)545769867

Note: Marines Phytoplankton trägt nahezu die Hälfte zur globalen Primärproduktion bei und unterstützt somit die Lebenserhaltungssysteme unserer Erde. Die Knappheit von essenziellen Nährstoffen wie Phosphor (P) beeinträchtigt jedoch dessen Wachstum und somit den Kohlenstoffkreislauf und das planetare Klima. Unter Phosphormangel greifen Meeresmikroben mit Hilfe von metallhaltigen hydrolytischen Enzymen auf das alternative Reservoir an gelöstem organischem Phosphor (DOP) zurück, was wiederum von Spurenmetallen in der Umwelt abhängig ist. Zu diesen Enzymen zählen Alkalische Phosphatasen mit Zink- oder Eisenkernen, die durch ihre weite ökologische Verbreitung mutmaßlich die mikrobielle Phosphataufnahme in großen Teilen des globalen Ozeans bestimmen. Im Gegensatz dazu habe ich eine neue Funktion von Mangan (Mn) in der Nutzung von DOP aufgedeckt. In einer Überprüfung von 25,000 am Metabolismus von P beteiligten Proteinen erwies sich Mn als insgesamt zweithäufigstes Metall, konkurrierte mit Zink, und übertraf Eisen in Alkalischen Phosphatasen um mehr als das Zweifache. Nichtsdestotrotz wurde bisher kein biologischer Zusammenhang von Mn mit dem Phosphorstoffwechsel beschrieben. Anhand von rekombinant hergestellten, aufgereinigten Enzymen aus Kieselalgen habe ich zum ersten Mal gezeigt, dass marine Phosphatasen Mn als enzymatischen Kofaktor für den Abbau verschiedener DOP-Verbindungen einsetzen können. Weiterhin habe ich durch erstmalige Inkubationsexperimente bewiesen, dass das im Meerwasser verfügbare Mn die Hydrolyse von DOP in natürlichen Algengemeinschaften reguliert. Diese neuen Erkenntnisse deuten auf einen Paradigmenwechsel in der Beziehung von Phosphatnachfrage und Manganversorgung, sowie deren bisher unbekannten Einfluss auf die Ozeanproduktivität hin. Meine Forschung wird diese Wissenslücke auf der Molekular-, Arten- und Gemeinschaftsebene schließen. Zuerst werde ich mit überexprimierten Enzymen und axenischen Kulturen von repräsentativen marinen Mikroorganismen die Fähigkeit verschiedener Phosphatasen charakterisieren, Mn für die substratspezifischen Umsetzungen von DOP und die Abdeckung ihres Phosphorbedarfes zu nutzen. Zweitens werde ich das Vorkommen von Mn-basierten Mechanismen der DOP Assimilation in marinen Ökosystemen und deren Auswirkungen auf die Nährstoffhaushalte im gegenwärtigen und zukünftigen Ozean quantifizieren. Dazu werde ich Feldforschung in der eutrophen und anthropogen beeinflussten Ostsee und dem oligotrophen aber relativ metallreichen Mittelmeer durchführen. Drittens wird der Einfluss zusätzlicher Verknüpfungen zwischen P und Mn auf die Planktonphysiologie, einschließlich der Sorption und Hydrolyse von DOP an Manganoxid Mineralien und der Speicherung von Mn an Polyphosphat in intrazellulären Vakuolen, untersucht. Da die Berücksichtigung von DOP Vorhersagungen der marinen Primärproduktion um etwa zehn Prozent steigert, sind die hier entstehenden neuen Ergebnisse entscheidend, um Klimamodelle des zukünftigen Ozeans zu verbessern.
   

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 Record created 2025-06-17, last modified 2025-06-17
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