ALBERT

Notes: Zusammenfassung Kerne verschiedener Bereiche und Entwicklungsstadien eines monomiktischen Sees mit inversem Temperaturprofil verdeutlichen die Geschichte des Sees und seiner Sedimente. Sie bestehen aus gerundeten und ungerundeten klastischen Bestandteilen der den See umgebenden Gesteine, aus Silten und Tonen des Überlaufs eines Schichtflutbeckens s. des Sees, aus Evaporiten, Algenmatten und im Liegenden aus marinem Detritus. Ursachen und Auswirkungen einer ungewöhnlichen Monomixis mit „turnover“ im Sommer werden diskutiert. Der limnologische Kreislauf ergibt jahreszeitliche Zyklen in der Ablagerung biogener und evaporitischer Varvite. Die Bildung biogener Karbonate, darunter Laminite, Onkoide, Sphärolithe und „Ooide” im unbewegten Medium wird diskutiert. Mächtigkeit und Ausbildung der einzelnen Sedimente in unterschiedlichen Bereichen des Sees und absolute Altersbestimmungen mittels der14C-Methode erlauben die Zuordnung verschiedener Sedimente zu den einzelnen Entwicklungsstadien des Sees und die Korrelation der14C-Werte mit Auszählungen der Varvite.

Notes: Zusammenfassung Geomikrobiologische Untersuchungen können zur Klärung vieler ungelöster Fragen des exogenen Kreislaufes der Elemente beitragen. Mikrobiologische Verwitterung und Krustenbildung finden in allen Klimabereichen der Erde statt, wobei der Einfluß der Mikroflora mehr oder weniger groß ist und von Fragen der Mikroenvironments und der beteiligten Arten abhängt. Zum Beispiel können Flechten vorwiegend gesteinsschützend (humides Klima) wirken oder tiefgreifende Zerstörungen (arides Klima) verursachen, je nach den angetroffenen edaphischen Bedingungen. Bei Untersuchungen zur Frage der Verwitterung und Krustenbildung im Negev (Israel) wurde festgestellt, daß das schwankende Gleichgewicht zwischen Oberflächenzerstörung, -konservierung oder -verkrustung in vielen Fällen durch die immer anwesende Mikroflora gesteuert wird. Die speziellen Licht- und Feuchtigkeitsbedingungen in ariden Gebieten begünstigen in besonderem Maße die Entwicklung eines Pionieredaphons aus Flechten, Blaualgen und Pilzen. Die Verwitterung anstehender Kalke und der sogenannten Wüstenpflaster (desert pavements) wird durch „biologische Lösungsfronten“ eingeleitet und gesteuert, an denen Strauchflechten, Krustenflechten, endolithische Flechten, isoliert lebende hypolithische, chasmolithische und endolithische Algen (insbes. Cyanophyceen), Pilze und Bakterien beteiligt sind. In den Bereichen größter Verwitterungsintensität leben gleichzeitig die größten Mikroorganismenpopulationen. Auch die Entstehung von Eisen-Mangan-Krusten (Wüstenlack) im Negev und verschiedenen anderen Bereichen wird auf die Tätigkeit von eisen- und manganfällenden Flechten, Algen, Pilzen und Bakterien zurückgeführt. Da diese Eisen-Mangan-Fällungen weltweit verbreitet und in ihrer Ausbildung nur wenig unterschieden sind, können sie nicht als paläoklimatische Indikatoren verwendet werden. Die Vorgänge von Lösung und Fällung in ariden Gebieten, die bisher durch das Wechselspiel zwischen Erhitzung und Abkühlung sowie Befeuchtung und Evaporisation gedeutet wurden, werden zumindest in großen Teilen der heutigen Wüsten stark durch das mikrobiologische Pionieredaphon beeinflußt. Die heftige mikrobiologische Manganfällung, die im Bereich der meisten untersuchten Eisen-Mangan-Krusten nachgewiesen wurde, erklärt zwanglos die häufigen anormalen Schwankungen im Eisen-Mangan-Verhältnis sowie die Anreicherung dieser Elemente auf Gesteinen, die nahezu eisen- und manganfrei sind.

Notes: Zusammenfassung In Aufschlüssen in der Volpriehausen- und Detfurth-Folge auf Helgoland wurde eine systematische Vermessung von Querprofilen von Rippelmarken durchgeführt. Nach Auswertung der Messungen und Berechnung einiger Parameter wird gezeigt, da\ die meisten Rippeln mehr. oder weniger asymmetrische Oszillationsrippeln sind und demnach keine Aussagen über die Strömungsrichtung geben können. Die Rippelhöhe und Grö\e gibt ebenfalls keine Hinweise auf die Wassertiefe; dagegen geben Trockenrisse, Pseudomorphosen nach Steinsalz und Gips und dünne kalkhaltige Sedimentschichten, die wahrscheinlich als Algenmatten entstanden sind, bessere Auskünfte über ein reliefarmes Bildungsmilieu mit terrestrischen und marinen Einflüssen. Die Rippelasymmetrie kann paleogeographische Bedeutung haben und weist auf das Ringköbing-Fünen-Hoch als einem möglichen Küstengebiet zur Zeit der Ablagerung.

Notes: Zusammenfassung Es wird die Frage nach dem Einfluß der Bakterien auf geochemische und allgemein geologische Prozesse gestellt. Die ersten Erwähnungen von Bakterien in Sedimenten stammen aus den Jahren 1885 und 1892. Der Einfluß der Bakterien auf die Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und Eisen wurde früh erkannt. Das Wissen um den mikrobiologischen Anteil an den Umsetzungen dieser Elemente im Sediment wurde auch von der geologischen Forschung verarbeitet. Dennoch sind wegen der vielschichtigen und komplizierten Reaktionskette im Sediment bisher nur wenige Untersuchungen über Datensammlung und generellen Nachweis von Bakterien in Sedimenten hinausgekommen. Der Biologe fragt mehr nach den Stoffmengen, die das Sediment durchlaufen, um wieder der Nahrungskette im Meer zugeführt zu werden. Der Geologe legt die Betonung eher auf die Bestandteile der Nahrungskette im Meer, die sein Objekt, das Sediment, prägen und endgültig in ihm erhalten bleiben. Für den Biologen ist das Sediment nur ein Ausschnitt aus dem übergeordneten ökosystem „Meer“, während das Meer dem Geologen nur der Zubringer und Präger seines eigentlichen Objekts, des Sediments und entstehenden Gesteines, ist. Wie weit nehmen nun Bakterien an der langsamen Entstehung, Formung und Umwandlung eines rezenten Sedimentes in Richtung auf ein Sedimentgestein teil? Sie beeinflussen mehr oder weniger stark: 1 Den organischen Gehalt der Sedimente und die Endform, in der die organische Substanz erhalten bleibt. 2. Die Anionen CO3 2−, HCO3 −, NO3 −, SO4 2−, OH-, PO4 3− sowie deren Zwischenstufen und Minerale. 3. Die dazugehörigen Kationen, insbesondere H+, NH4 +, Ca2+, Mg2+ und eine Reihe von Metallen, wie Fe, Mn, Cu, Ag, V, Co, Mo, Ni, U, Se, Zn. 4. Möglicherweise auch das Gleichgewicht von Silizium, wenn es auch im Bereich der Sedimentologie außer bei Diatomeen und Radiolarien noch keine eindeutigen Beweise für die Einflußnahme gibt. 5. Den pH-Wert und das Redoxpotential von Sedimenten. 6. Die Zusammensetzung von Porenwässern. 7. Die Oberflächeneigenschaften von Mineralen, da Bakterien bevorzugt auf Oberflächen siedeln. 8. Den Energiefluß in und die Temperatur von Sedimenten. 9. Die Textur von feinkörnigen Sedimenten. 10. Die Fössilisierung von Mikrofauna, Makrofauna und Lebensspuren. Sedimentologische Größen und mineralogische Zusammensetzung haben wiederum einen entscheidenden Einfluß auf die Zusammensetzung der Mikroflora eines Sediments und können verschiedene mikrobiologische Prozesse besser verständlich machen. Korngrößenverteilung, mineralische Zusammensetzung und Geochemie eines Sedimentes wirken sich auf die Zusammensetzung und Aktivität der Mikroflora aus. Methodik und Schwierigkeiten der Sedimentmikrobiologie werden an einem Beispiel aus der Deutschen Bucht erörtert. Die genaue Kenntnis des Milieus, in dem sich mikrobiologische Prozesse abspielen, ist für die Sedimentmikrobiologie besonders wichtig, da auf kleinstem Raum größte Unterschiede auftreten könnten (Mikroenvironments). Der Einsatz moderner Hilfsmittel, wie Taucherei, Unterwasserlabor, Fernsehen und moderne Probennahmegeräte, wird diskutiert. ökologische Arbeitsrichtungen sind in mehrfacher Hinsicht mit Schwierigkeiten belastet, und es wird häufig nur möglich sein, allgemeine Zusammenhänge aufzuzeigen, anstatt exakte Rechenmodelle und quantitative Umsetzungen zu ermitteln. Die Erarbeitung von Daten erweist sich als noch schwieriger, wenn zwei so unterschiedliche Arbeitsbereiche wie Geologie und Mikrobiologie eine Nahtstelle von so großer Wichtigkeit für beide aufweisen, wie sie die Grenzfläche Sediment/Wasser darstellt.

Notes: Summary Susceptibility of 3 cyanobacterial strains to 19 inorganic compounds and 17 antibiotics was tested by using the dilution technique in microtiter plates and agar diffusion technique, respectively. Generally, the toxicity of inorganic salts to cyanobacteria could be classified as high (Hg, Ag, Cu, Co, Cd, Ni), intermediate (U, Pb, Al, Te, As (III), Mn) and low (As(V), Mo). Other salts (Zn, Cr, Ge, Sb, B) showed strain to strain differences in toxicity patterns. Except streptomycin, tetracycline, chloramphenicol, amikacin, furazolidone (inhibition of all strains) and sulphanilamide (no inhibition) all other antibiotics showed differences of inhibition patterns. A spontaneous increase of resistance to As(V) and cross resistances to antibiotics and inorganic ions were indicated culturing strains in media with low levels of arsenate or mercuric ions. Antibiotic-resistant clones were isolated from inhibition zones. In conclusion, the results obtained with both methods are a good basis for further more detailed studies.

Notes: Abstract Oscillatoria sp. strain 23 is a filamentous, non-heterocystous cyanobacterium that fixes nitrogen aerobically. Although, in this organism nitrogenase is inactivated by oxygen a high tolerance is observed. Up to a pO2 of 0.15 atm, oxygen does not have any measurable effects on acetylene reduction. Higher concentrations of oxygen inhibited the activity to a relatively high degree. Evidence for two mechanisms of oxygen protection of nitrogenase in this cyanobacterium was obtained. A high rate of synthesis of nitrogenase may allow the organism to maintain a certain amount of active enzyme under aerobic conditions. Secondly, a switch off/on mechanism may reversibly convert the active enzyme into a non-active form which is insensitive to oxygen inactivation after a sudden and short-term exposure to high oxygen concentrations. It is conceived that these mechanisms in addition to a temporal separation of nitrogen fixation from oxygenic photosynthesis sufficiently explain the regulation process of aerobic nitrogen fixation in this organism.

Notes: Abstract The non-heterocystous cyanobacterium Oscillatoria sp. strain 23 fixes nitrogen under aerobic conditions. If nitrate-grown cultures were transferred to a medium free of combined nitrogen, nitrogenase was induced within about 1 day. The acetylene reduction showed a diurnal variation under conditions of continuous light. Maximum rates of acetylene reduction steadily increased during 8 successive days. When grown under alternating light-dark cycles, Oscillatoria sp. fixes nitrogen preferably in the dark period. For dark periods longer than 8 h, nitrogenase activity is only present during the dark period. For dark periods of 8 h and less, however, nitrogenase activity appears before the beginning of the dark period. This is most pronounced in cultures grown in a 20 h light – 4 h dark cycle. In that case, nitrogenase activity appears 3–4 h before the beginning of the dark period. According to the light-dark regime applied, nitrogenase activity was observed during 8–11 h. Oscillatoria sp. grown under 16 h light and 8 h dark cycle, also induced nitrogenase at the usual point of time, when suddenly transferred to conditions of continuous light. The activity appeared exactly at the point of time where the dark period used to begin. No nitrogenase activity was observed when chloramphenicol was added to the cultures 3 h before the onset of the dark period. This observation indicated that for each cycle, de novo nitrogenase synthesis is necessary.

Notes: Abstract Strains of filamentous, non-heterocystous cyanobacteria from the Pasteur Culture Collection (PCC), able to synthesize nitrogenase under anaerobic test conditions, were tested for growth with N2 as sole nitrogen source at low O2 partial pressure (less than 0.05%). Plectonema boryanum (PCC 73110) exhibited exponential growth under these conditions. This capacity was restricted to light intensities not exceeding 500 lux. Growth rates were 0.014/h at 200 and 0.023 at 500 lux and similar to those of anaerobic and aerobic control cultures with nitrate as N-source. For N2-fixing cultures incubated at 200 and 500 lux, acetylene reduction rates were 4–8 and 5–14 nmol C2H4 per mg protein per min, respectively. The ratio of phycocyanine to chlorophyll was higher (200 lux) or slightly reduced (500 lux) in N2-fixing cultures as compared to control cultures with nitrate as N-source. On the basis of epifluorescence microscopy and microfluorimetry, no differences in pigment contents were found between individual cells or filaments of N2-fixing cultures. Also no noteworthy differences were observed between the pycobiliprotein composition of individual cells in N2 fixing cultures as compared to nitrate-grown controls. Thus the observed exponential growth of P. boryanum at low light intensities implies simultaneous nitrogen fixation and oxygenic photosynthesis. Additional continuous culture experiments showed that N2-fixing exponential growth was dependent on O2 partial pressures lower than 0.2–0.4%. The other strains tested (PCC 6412, 6602, 7403, 7104) did not grow under such conditions.

Notes: Abstract The marine nitrogen-fixing cyanobacterium Oscillatoria limosa, strain 23 (Oldenburg) was investigated with respect to its dark anaerobic metabolism. As soon as the cells were incubated anaerobically in the dark, they started to ferment. Glycogen was presumably degraded via the heterolactic fermentative pathway. Glycogen-glucose was degraded to equimolar amounts of lactate, ethanol and carbon dioxide. The disaccharide trehalose, which serves as an osmoprotectant in O. limosa, was also catabolized. Most probably, this compound was fermented almost exclusively to acetate. Some hydrogen was produced as well. In the presence of elemental sulfur, fermentative hydrogen production ceased and sulfide was produced instead. The presence of elemental sulfur had no effect on the amounts and ratios of the fermentation products produced.

Notes: Abstract An arbitrarily chosen selection of 37 cyanobacterial strains of the Oldenburg culture collection were tested for their ability of fermentation and secretion of fermentation products. In all examined strains at least one fermentation product could be detected. For the most part fermentation products were only shed in traces. Thus, for a large part of the investigated strains fermentation does not seem to be a sufficient metabolism to survive dark and anaerobic periods. Only five strains secreted remarkable amounts of products. Glycollate was mostly found in combination with formate and/or traces of oxalate. Lactate, ethanol and acetate were found in combination or single. Most of those strains sheding high amounts of glycollate and formate, did not show a remarkable lactate, ethanol or acetate excretion; those excreting high amounts of lactate, ethanol or acetate produced only minor volumes of glycollate and formate. It was not possible to find similar fermentation patterns by comparing fermentation of species belonging to the same family. Organisms fermenting or not fermenting could be found among marine, brackish and freshwater cyanobacteria. Fermentation, therefore seems to be a unique, and likely old capability among cyanobacteria, which was partly lost during evolution.