Anaerobic methane oxidation in coastal oxygen depleted waters: Dynamics, pathways, and environmental controls

Metan er en drivhusgas 28 gange stærkere end CO2. De seneste års udvikling i atmosfæriskemetankoncentrationer har udfordret vores forståelse af det globale metankredsløb ogunderstreget behovet for at forbedre vores estimater af metakilder og optag. Kystnære zoner erbåde den største og mest usikre kilde af marint metan til atmosfæren, og til trods for at iltfattigekystnære zoner indeholder høje koncentrationer af metan, vides det ikke hvilke konsekvenserdette har for metanudslip til atmosfæren. Teoretisk set, er disse iltfattige miljøer ideelle foranaerob metanoxidation, men dog er denne proces og dets rolle i metanudslip aldrig blevetundersøgt i disse systemer. Da målinger viser at disse områder globalt bliver mere udbredte,dannede denne manglende viden motivationsgrundlaget for den her afhandling.

Denne afhandling undersøger dynamikken, reaktionsvejene, samt de regulerendefaktorer af anaerob metanoxidation i to modelsystemer: den iltfrie Mariager Fjord, Danmark,og den kystnære iltsvindszone i Golfo Dulce, Costa Rica. Manuskript I beskriver hvordan densæsonmæssige udvikling af iltsvind i Mariager Fjord påvirker aktiviteten og sammensætningenaf metan-oxiderende organismer. Iltsvind førte til en stigning i metankoncentrationen ibundvandet til 1.4 µM, men udslip af metan til overfladen var forhindret af effektivmetanoxidation nær den iltede-iltfrie grænseflade. Metanoxidation foregik både aerobt oganaerobt med samme effektivitet, og var tilsyneladende udført af Deep Sea-1 stammen afMethylococcales, som ellers tænkes at være aerobe. Manuscript II og III beskriverreaktionsveje og dynamik af anaerob metanoxidation i iltsvindzonen i Golfo Dulce. Et treårigstudie beskrevet i Manuscript II målte vedvarende høje metankoncentrationer (op til 1.7 µM)og effektiv anaerob metanoxidation, der omsatte markante mængder af metan. OPU3 og DeepSea-1 af Methylococcales stod tilsyneladende bag omsætningen. Det højeste relative antal afbegge stammer forekom altid i det iltfrie bundvand og derved virkede de tilpasset til det iltfriemiljø. Da deres kapacitet for anaerob omsætning ikke er undersøgt og reaktionsvejene stadigvar ukendt, benyttede Manuscript III sig af metagenomics og specifikke rate forsøg til atudforske disse spørgsmål. Forsøg viste at metanoxidation sandsynligvis var koblet tildenitrifikation. Desuden fandt vi en niche-fordeling af tre Methylococcales stammer iiltsvindszonen, og baseret på vores analyse, hypotiserer vi at forskelle i evnen fordenitrifikation, iltrespiration, og motilitet er faktorer der opretholder deres tilstedeværelse ogaktivitet på forskellige dybder i iltsvindzonen. Samlet set, så har denne afhandling vist, atiltfattige kystnære zoner er områder med effektiv metanomsætning, og på baggrund af voresestimater, så bidrager det metan der ophober sig i disse zoner ikke betydelig til regionensmetanudslip til atmosfæren.