RP 9: Screening and characterization of biological ice nuclei and their influence on the ice nucleation activity of soil dust

Dr. J. Fröhlich
Multiphase Chemistry Department, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz

PD Dr. Ulrich Pöschl

Multiphase Chemistry Department, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz

Assistance:  Dr. Bernhard G. Pummer (Post-Doc), Dr. Martin Linden (Post-Doc), Dr. Jan Frederik Scheel (Post-Doc), Petya Yordanova (Masterstudent), Anna T. Kunert (Doktorand)

Primäre biologische Aerosolpartikel sind in der Atmosphäre omnipräsent, da die Luft eines der Hauptmedien zur Verbreitung von Mikroorganismen und Pollen ist und alle Ökosysteme der Erdoberfläche miteinander verbindet.

Die Häufigkeit, die Vielfältigkeit, die Quellen, die Saisonalität, die biogeografische Verbreitung und die Wirkung von Aerosolpartikeln in der Atmosphäre sind kaum bekannt, obwohl eine mögliche Rolle biologischer Partikel beim Auslösen von Eisbildung und Niederschlägen in letzter Zeit deutlicher wird. Die am besten bekannten biologischen Eiskeime sind einige gängige, pflanzenassoziierte Bakteriengattungen. Wir wissen jedoch nur von wenigen Pilzarten, dass sie aktiv zur Eisbildung beitragen können.

RP9 in INUIT-1 hatte dementsprechend seinen Fokus auf

• der Charakterisierung der allgemeinen Häufigkeit und Diversität der primären biologischen Aerosolpartikel mit Hilfe von DNA-Analysen
• der Ermittlung der Eiskeimfähigkeit von in der Atmosphäre häufig vorkommenden Pilzen
• der Identifizierung von unbekannten eiskeimaktiven (IN) Pilzen aus atmosphärischen Aerosol- und Erdproben und das Entschlüsseln der Strukturen der verantwortlichen Moleküle

In Zusammenfassung der INUIT Phase 1 kann man von einer großen Vielfalt von Pilzen in der Atmosphäre sprechen, von denen aber nur wenige Arten bisher als eisaktiv bekannt sind. Unsere Untersuchungen von Boden und Luft haben gezeigt, dass es dort mehr eiskeimaktive Pilze gibt und dass die Eiskeimaktivität nicht nur auf Pilzsporen beschränkt ist. Mikrobielle zellfreie eiskeimaktive Makromoleküle (INM) aus im Boden und in der Luft vorkommenden Pilzen könnten zu dem bislang unbekannten Pool von atmosphärischen Eiskeimen beitragen. Wir glauben, dass die Anzahl der IN Mikroorganismen voraussichtlich erheblich ansteigen wird, wenn systematische Untersuchungen von Boden-, kryptogamen Gemeinschaften oder in der Phyllosphäre vorkommenden Pilzen und anderen Mikroorganismen durchgeführt werden würden.

In der zweiten Phase sollen bislang unbekannte IN-Organismen und Substanzen aus Boden, Pflanzen und kryptogamen Gemeinschaften identifiziert werden. Da die atmosphärische Bedeutung von IN Pilzen, nicht nur direkt oder indirekt über ihre zellfreien INM, und ihrem relativen Beitrag zu den INM im Bodenstaub abhängt, sondern auch von ihrer Anzahlkonzentration in Wolkenhöhen, sind weitere Untersuchungen zur Identifizierung der INM und der Quantifizierung der zugehörigen Pilze und ihrer INM in atmosphärischen Proben geplant.
 
Die spezifischen Ziele der Phase 2 sind

• die Identifikation verschiedener Typen und Arten von biologischen Eiskeimen (wie kryptogame Pflanzen- und Bodengemeinschaften, Cyanobakterien, Pilzen etc.) durch das Screening von Organismen aus Kultursammlungen und Umweltproben
• die Charakterisierung und Identifizierung der INM und zugehöriger Gene
• die Bestimmung des Einflusses dieser INM auf die Gefriereigenschaften von Boden und Mineralstaub

Weiterführende Informationen zu diesem Projekt finden Sie unter

http://www.mpic.de/forschung/multiphasenchemie/gruppe-froehlich.html