Abundance and heterotrophic activity of Bacteria and Archaea and bacterial community structure in the water column of the eastern Atlantic

Im Osten des Atlantiks wurden entlang eines Transekts die Abundanzen und Leucin-Aufnahmeraten von Bakterien und Archaea in der Wassersäule ermittelt. Außerdem wurde die Zusammensetzung von aktiven und gesamten Bakteriengemeinschaften durch molekulare Fingerprinting-Techniken analysiert. Die Häufigkeiten von Bakterien, Crenarchaeota und Euryarchaeota wurden mittels dem Catalyzed Reporter Deposition-Fluorescence In Situ Hybridization (CARD-FISH) Verfahren ermittelt. Obwohl der Anteil der Bakterien an der gesamten Prokaryoten-Abundanz im Bathypelagial (1000 – 4000 m) geringer war als an der Oberfläche und dem Mesopelagial (100 – 1000 m), dominierten sie dennoch in der gesamten Wassersäule. Crenarchaota trugen 30 ± 12% zu der gesamten Prokaryoten-Abundanz bei, wobei sie eine generell höhere Verbreitung im Bathypelagial hatten als in der Oberflächenschicht und dem Mesopelagial. Euryarchaeota überstiegen in keiner Probe 5 % der gesamten Prokaryoten-Abundanz. Zusätzlich zu den Leucin-Aufnahmeraten der Gesamtprokaryotengemeinschaft wurden auch die Leucin-Aufnahmeraten für Archaea und Bakterien ermittelt. Um die verschiedenen Aktivitätsraten von Bakterien und Archaea in Bezug zu der gesamten Prokaryoten-Produktivität zu bestimmen, wurde der bakterielle Hemmstoff Erythromycin und der Archaea Hemmstoff Diphtheria Toxin eingesetzt. Die Spezifität des Hemmstoffs Erythromycin wurde durch die Kombination von Microautoradiographie mit CARD-FISH getestet. Dabei wurde festgestellt, dass Erythromycin selektiv die bakterielle Produktivität unterdrückt. In der euphotischen Zone und dem Mesopelagial war der Beitrag der Bakterien an der gesamten Leucin-Aufnahmerate 65 ± 15% der gesamten Prokaryoten Leucin-Aufnahmerate und nahm mit zunehmender Tiefe ab. Die durchschnittliche Zellen-spezifische Aktivitätsrate der Crenarchaeota (3.7 ± 2.0 x 10-5 fmol cell-1 d-1) war 5-mal geringer als die der Bakterien (18.3 ± 17.6 x 10-5 fmol cell-1 d-1). Im Bathypelagial, jedoch, war die Zell-spezifischen Leucin-Aufnahmerate der Archaea vergleichbar mit der der Bakterien (1.8 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Crenarchaeota, 2.3 x 10-5 fmol cell-1 d-1 for Bacteria). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass im Bathypelagial des Atlantiks Crenarchaeota und Bakterien bezogen auf Zellniveau vergleichbare heterotrophe Aktivitäten haben, in den Oberflächengewässern und dem oberen Mesopelagial jedoch die heterotrophe Aktivität der Archaea um eine Größenordnung geringer als die der Bakterien ist. Um zwischen der Zusammensetzung der Gemeinschaft von metabolisch aktiven Bakterien und der Gesamtbakteriengemeinschaft zu unterscheiden, wurde der Einbau von Bromodeoxyuridine (BrdU) in die aktive Gemeinschaft mit einer Kombination von immunocapturing der DNA in die BrdU eingebaut wurde und Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (ARISA), als molekulare Fingerprinting-Technik, verwendet. Insgesamt wurden dabei 655 verschiedene operational taxonomic units (OTUs) detektiert. Die Ähnlichkeitsanalyse der bakteriellen Gemeinschaften ergab zwischen den aktiven (BrdU-markierte Bakterien) und gesamten Bakterien einen signifikanten (ANOSIM, r = 0.361, p = 0.001) Unterschied in der Zusammensetzung der Gemeinschaften in der gesamten Wassersäule. Die Ähnlichkeiten zwischen Oberflächengewässer und Mesopelagial (100 – 1000 m) und Bathypelagial (1000 – 3000 m) war für die BrdU-markierte Bakteriengemeinschaft größer (r = 0.181, p = 0.007) als für die Gesamtbakteriengemeinschaft (r = 0.332, p = 0.003). Der Shannon-Wiener index (H’), als Index für die Diversität einer Gemeinschaft, war für die Gemeinschaft der Gesamtbakteriengemeinschaft größer als für die aktive (paired t-test; p = 0.002). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Diversität von Gemeinschaften im Wesentlichen durch die sich im Ruhestand befindenden Bakterien gebildet wird, die in einer sich verändernden Umwelt eine Art „Samenbank“ bilden könnte.