Bacterial-mediated terrestrial carbon in the foodweb of humic lakes

Abstract

Sami Taipale tarkasteli tutkimuksessaan metaanin merkitystä humusjärvien ravintoketjussa. Suurin osa Suomen järvistä lukeutuu humusjärviin, jotka ovat väriltään ruskehtavia. Koska metaani on 21 kertaa tehokkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi, on sen kohtalolla järvissä sekä järvien ravintoketjussa suuri merkitys ilmastonmuutoksen kannalta. - Metaania hapettavilla bakteereilla on merkittävä rooli humusjärvien ravintoketjussa, mutta myös globaalisti, sillä ne estävät suurelta osin voimakkaan kasvihuonekaasun, metaanin, pääsyn ilmakehään. Metaania hapettavien bakteerien merkitys korostunee tulevaisuudessa ilmaston lämmetessä, Taipale täsmentää. Uudet tutkimusmenetelmät, kuten vakaiden isotooppien käyttö sekä rasvahappoanalytiikka, mahdollistivat Taipaleen tutkimuksen, jonka mukaan valuma-alueelta tullut orgaaninen aines sekä metaania hapettavat bakteerit ovat tärkeämpi linkki järvien ravintoketjussa kuin aiemmin on luultu. – Järvien hiilivirran on perinteisesti arveltu perustuvan järvissä itsessään tapahtuvaan kasviplanktonin perustuotantoon, jossa epäorgaanisessa muodossa oleva hiili sidotaan orgaaniseen muotoon. Toisenvaraiset eli heterotrofiset eliöt saavat energiansa hapettamalla tätä orgaanista ainesta. Tämän lisäksi järviin tulee ympäröivältä valuma-alueelta vaihteleva määrä orgaanista hiiltä, jota bakteerit hajottavat ja käyttävät kasvuun, Taipale kertoo. Suomalaisissa järvissä korkeita metaanipitoisuuksia Suurin osa orgaanisen aineen hajoamisesta tapahtuu humusjärvissä vesipatsaan hapettomassa osassa, jossa metanogeneesi eli orgaanisten aineiden pelkistyminen metaaniksi on merkittävin orgaanisen aineen anaerobinen hajoamisreitti. Suomalaisissa järvissä onkin mitattu korkeita metaanipitoisuuksia. Eri tutkimusten mukaan suurimman osan tästä arkkibakteerien tuottamasta metaanista hapettavat bakteerit, jotka voivat toimia energian- ja hiilenlähteenä eläinplanktonille. Taipale tutki laboratorio-, allas- sekä järvikokeilla metaania hapettavien bakteerien roolia humusjärvien ravintoketjussa eri vuodenaikoina. Bakteereilla on merkittävä rooli ravintoketjussa etenkin syksyisin, jolloin metaania hapettavat bakteerit olisivat hiilimassabalanssilaskelmien mukaan pystyneet välittämään kaiken eläinplanktonin tarvitseman hiilen. Vastaavasti järven sisällä kasviplanktonien sidotun hiilen merkitys oli suurimmillaan keväällä, josta sen merkitys eläinplanktonin hiilenlähteenä puoliintui kesän aikana ja putosi syksyllä kolmannekseen kevään tasosta.

The aim of this thesis was to quantity the relative role of allochthonous dissolved organic carbon (DOC) and autochthonous primary production in the food webs of humic lakes during different seasons. Terrestrial detrital organic matter received from the surrounding catchment area is further decomposed by bacteria in lakes, and in stratified lakes much can be decomposed under anoxic conditions, resulting in high production of methane. However, it has been unclear how much of this decomposed carbon is assimilated by bacteria and then transmitted via zooplankton to higher trophic levels. Carbon stable isotope tracer measurements and d13C-manipulations in a small humic lake, Mekkojärvi, combined with different models, were the basic experimental approaches in this study. Phospholipids fatty acids (PLFA) analyses provided additional insights. Laboratory experiments confirmed that low d13C values of Daphnia originated from consumption of methane-oxidizing bacteria (MOB) and in situ decrease in d13C of zooplankton was detected during autumn 2004. Results from enclosures indicated that Daphnia in the lake used multiple food sources, while carbon mass balance calculations suggested that MOB could supply all Daphnia carbon demand during autumn. IsoSource modelling of data from the whole-lake manipulation, revealed that Daphnia consumed heterotrophic bacteria (HB), photoautotrophic green sulphur bacteria (GSB), and MOB in addition to phytoplankton, but the relative contribution of these putative food sources varied seasonally. Overall, the study indicated that Daphnia diet in Mekkojärvi comprised 29-59%, 65-79% and 76-86% bacterial-mediated carbon of allochthonous origin during spring, summer and autumn, respectively. Results from four lakes with different DOC content sampled in spring and autumn 2006 indicated that heterotrophic bacteria have a proportionally higher role as terrestrial carbon mediators in the lower DOC content lakes, whereas chemoautotrophic bacteria and MOB have a particularly important role in very dystrophic lakes.