Kulturräume
Für unsere Forschung kultivieren wir Mikroalgen in klimatisierten Kulturräumen, deren Temperatur individuell eingestellt werden kann. Die Organismen werden in speziellen Inkubationsaufbauten gehältert, die höchsten Ansprüchen an enthaltene Volumina, Belichtung, Begasung etc. genügen müssen. Deshalb betreiben wir mehrere verschiedene Inkubatorendesigns parallel für verschiedenste Anforderungen, z.B. für 'offene' und 'geschlossene' Dilute-batch Ansätze, oder für Experimente in Chemostaten. Um unsere Algenkulturen und Medien mit Luft zu versorgen, nutzen wir ein eigens entwickeltes Gasmischsystem, das in unsere Labore Luftgemische mit präzise eingestellten CO2 Konzentrationen liefert.
Hochdruckaquarien für die Kultivierung von Tiefseeforaminiferen
Wir besitzen Aquarien von 3 L, 10 ml und 0,3 ml um unter Tiefseebedingungen Foraminiferen zu kultivieren. Hierbei erlauben die kleinvolumigen Aquarien einen Einblick und sind für die Anwendung am Confokal- und Axiozoom Mikroskop ausgelegt. Für die Anwendung an den jeweiligen Mikroskopen wurden eigens entsprechende Kühltische, Ventilations- und Beleuchtungsequipment entwickelt.
Coulter-Zähler
Ein Coulter-Zähler ist ein Messgerät zur Zählung von Partikeln in einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit. Ursprünglich entwickelt zur Analyse von Blutzellen, erlaubt das Coulter-Messprinzip auch, die Anzahl und Größe von einzelligen Algen im Kulturmedium zu bestimmen.
Mit Hilfe unseres Accuri C6 Durchflusszytometers (BD Biosciences) können wir natürliche Phytoplanktongemeinschaften speziell im Hinblick auf kleine Mikroalgenzellen untersuchen, die mit anderen Detektionsmethoden unerkannt bleiben würden. Ferner ist das Zytometer ein praktisches Werkzeug zur Zählung und physiologischen Charakterisierung einzelliger Phytoplanktonzellen, z.B. nach Färbung mit spezifischen Farbstoffen.
Alkalinität
Ein wichtiger Parameter im marinen Karbonatsystem ist die Alkalinität. Die Bestimmung erfolgt mittels Titration. Wir betreiben hierfür ein Gerät von SI Analytics (TW Alpha Plus). Das Gerät verfügt über 21 Probenplätze. Für eine Doppelbestimmung werden mindestens 60ml Probenvolumen benötigt.
Dissolved Inorganic Carbon (DIC)
Mit Hilfe eines "Continuous Flow Analyzers" (CFAs) der Firma Seal haben wir die Möglichkeit in unserem Chemielabor im Hochdurchsatz den Gehalt an gelöstem anorganischen Kohlenstoff (engl. Dissolved Inorganic Carbon, DIC) im Meerwasser zu bestimmen. Diese Analytik stellen wir auch den KollegInnen aus anderen Sektionen zur Verfügung.
VINDTA
Die VINDTA (Versatile INstrument for the Determination of Total inorganic carbon and titration Alkalinity) kombiniert das Konzept eines Alkalinitätstitrators mit einer zusätzlichen Extraktionsstufe, die CO2 aus dem Meerwasser entfernt und eine gleichzeitige coulometrische Titration zur Bestimmung des gelösten anorganischen Kohlenstoffs in der Probe (DIC) ermöglicht.
Nährstoffanalytik
Für die Nährstoffanalyse verfügt unsere Sektion über einen Quaatro 39 Autoanalyzer von Seal Analytical. Das Gerät verfügt über 39 Pumpenplätze. Für eine Messung benötigt man ca. 6 ml Probenvolumen. Dabei werden parallel Ammonium, Nitrit, Nitrat, Phosphat und Silikat bestimmt.
Membraneinlass-Massenspektrometer zur Echtzeitmessung des Gaswechsels von Phytoplankton auf zellulärer Ebene. Unsere MIMS besteht aus einem spezialgefertigten Küvetten-Inlet-System, kombiniert mit einem Sektorfeld-Multikollektor-MS (Isoprime). Gelöste Gase wie CO2 oder O2 dringen durch die Membran, werden ionisiert und nur wenige Sekunden später im Massenspektrometer detektiert. Der Vorteil der Messung von mehreren Gasen und deren Isotopomeren ist, dass simultan mehrere biologische Prozesse beobachtet und quantifiziert werden können (z.B. Photosynthese, Respiration etc.)
Eine weiteres mobiles Membraneinlass-Massenspektrometer wurde für den Einsatz im Feld konstruiert. Gebaut für möglichst autarken Betrieb, beinhaltet dieses System seine eigene unterbrechungsfreie Stromversorgung, Gaskompressor und Tiefkühlmodul (-100°C), sodass nur ein 220V Stromanschluss erforderlich ist. Dieses mobile System basiert auf einem Quadrupole-Massenspektrometer (Pfeiffer), sodass zusätzlich zu physiologischen Assays auch kontinuierliche Messungen von CO2, O2 und Argon optimal ermöglicht werden. Mit diesem Ansatz kann die Primärproduktion von Phytoplanktongemeinschaften mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung erfasst werden.
Methoden, die auf Chlorophyll a-Fluoreszenz basieren, wie z.B. die ‘Fast Repetition Rate Fluorometry’ (FRRF) ermöglichen einzigartige Einblicke in die Mechanismen der Photosynthese. Unser FastOcean-FRRF (Chelsea Industries) wird für die Charakterisierung lichtabhängiger Veränderungen in der Effizienz des Elektronentransports und für die Abschätzung der Energietransfereffizienz von Photochemie zu (14C-basiertem) Aufbau von Biomasse verwendet. Des weiteren können mithilfe der FRRF-Technik die funktionellen Absorptionsdurchmesser von und die Energietransfereffizienz zwischen PSII-Reaktionszentren (‚connectivity factor’), die Effizienz der Ladungstrennung (‚yield’) und die Kinetik des photosynthetischen Elektronentransports abgeschätzt werden. Unser Puls-Amplituden-Modulierendes Fluorometer (Mini PAM II, Walz) ist direkt mit der MIMS koppelbar, sodass beide Endpunkte der Photosynthese simultan gemessen und Fluoreszenz-basierte Elektronentransportraten direkt mit Sauerstoff- und Kohlenstoffflüssen verglichen werden können.
Als Unterstützung für FRAM, das Arktische Langzeit-Observatorium des AWI, setzen wir zunehmend auch autonome innovative Sensortechniken ein. Diese ermöglichen kontinuierliche Messungen, weil sie z.B. auch über die Winterzeit in der Arktis verweilen können, wenn Schiffen die Passage verwehrt wird. Während diese in-situ Sensoren eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung bieten, kann deren Präzision jedoch oft nicht mit der von chemischen Laborverfahren mithalten. Um trotzdem hochwertige Sensordaten zu erhalten, ist ein Abgleich mit chemisch analysierten Proben nötig. Neben innovativen Sensoren wie ADCPs, welche die Strömungsverhältnisse basierend auf der Bewegung von Partikeln im Wasser bestimmen, nutzen wir auch sogenannte CTDs, die uns Informationen über Temperatur und Salzgehalt liefern. Um Aussagen über die biologischen und chemischen Parameter machen zu können, installieren wir neben pH-, pCO2- und Nitratsensoren auch einen Wasserprobennehmer. Dieser nimmt während unserer Abwesenheit bis zu 48 Referenzproben, welche anschließend für chemische Abgleiche und für die Nachbearbeitung der Sensordaten zur Verfügung stehen.