Die vorherrschende mikrobielle Lebensform in den meisten aquatischen Ökosystemen ist der Biofilm, in dem sich Mikroorganismen in artenreichen Gemeinschaften an Substrat-Wasser-Grenzflächen ansiedeln. Während die Strömungsverhältnisse weitgehend das verfügbare Substrat, die Erstbesiedelung und das Wachstum des Biofilms bestimmen, hängt die weitere Entwicklung stark von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Substrats ab und beeinflusst wiederum die sohlnahe Hydrodynamik. Diese wechselseitige Beziehung hat einen bedeutenden Einfluss auf eine Vielzahl von Biofilmfunktionen, die sich auf die Morphologie von Gewässern sowie auf die Wasserqualität und die ökologische Gesundheit aquatischer Ökosysteme auswirken (Gerbersdorf & Wieprecht, 2015).
Im Rahmen des Workshops wurden Biofilme sowie deren Interaktion mit Strömung und Sedimenten experimentell in Versuchsrinnen mit verschiedenen Methoden untersucht. Dabei sollte insbesondere die Frage geklärt werden, inwiefern Daten, die auf unterschiedlichen Skalen und mit verschiedenen Methoden gewonnen werden, zusammengeführt werden können.
Zum Auftakt fand am Vormittag des 12. Juni 2018 am Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS) der Universität Stuttgart ein öffentliches Symposium mit Vorträgen zur Einführung in die verschiedenen Themenbereiche statt. Weitere Informationen im PROGRAMM.
Während des Sommers wurden in der Versuchsanstalt für Wasserbau der Universität Stuttgart Biofilme kultiviert. Im September 2018 wurden die Biofilme mit den folgenden Methoden von analysiert:
- Digital Microscope, Magnetic Particle Induction (MagPI), Molecular Fingerprinting, Rheometry: Lehrstuhl für Wasserbau und Wassermengenwirtschaft, Universität Stuttgart
- Particle Image Velocimetry (PIV): Institut für Hydromechanik, KIT
- Optical Coherence Tomography (OCT): Engler-Bunte-Insititut, Wasserchemie und Wassertechnologie, KIT
- Hyperspectral Imaging: MPI für Marine Mikrobiologie, Bremen
- Topographic Scanning: Institut für Umweltwissenschaften, Universität Koblenz-Landau
Nach Auswertung der gewonnenen Daten fand am 13. Februar 2019 ein 3. Treffen der beteiligten Arbeitsgruppen an der Universität Stuttgart statt, um die Ergebnisse der verschiedenen Messmethoden zu diskutieren. Die Zusammenschau der angewendeten Messmethoden zeigte ein hohes Potenzial, um die Wechselwirkungen an der Grenzfläche Strömung-Biofilm-Sedimente besser zu verstehen.
Die Workshopreihe wurde von Dr. Sabine Gerbersdorf und Kaan Koca (Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung, Lehrstuhl für Wasserbau und Wassermengenwirtschaft, Universität Stuttgart) durchgeführt.
Die Ergebnisse des Workshops wurden in einem Reviewartikel in „Water Research” publiziert:
Gerbersdorf et al. (2020): Exploring flow-biofilm-sediment interactions: Assessment of current status and future challenges
Bildnachweis: Oben: Biofilm in einer Durchflussrinne des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung, Universität Stuttgart (aus Gerbersdorf and Wieprecht 2015, Geobiology, © B. Skodic); unten rechts: Michael Wagner (Engler-Bunte-Institut, KIT) bei der OCT-Messung in Stuttgart (© U. Scherer).
