Helle Ploug

Professor

Institutionen för marina

vetenskaper

E-post

helle.ploug@marine.gu.se

Fax

031-786 25 25

Besöksadress

Medicinaregatan 7B

413 90 Göteborg

Rumsnummer

5283

Om Helle Ploug

Utbildning M. Sc. i Biologi och Kemi, Aarhus Universitet, Danmark, 1992. Handledare: Prof. Bo Barker Jørgensen Ph. D. i Mikrobiel Ekologi, Aarhus Universitet, Danmark, 1996. Handledare: Prof. Bo Barker Jørgensen Docent i Marin Ekologi, Stockholm Universitet, 2012

Professionell erfarenhet Max Planck Post-dok Stipendiat, Max Planck Institut för Marin Mikrobiologi (MPI) Bremen (10/96-8/98) Carlsberg Stipendiat, Marinbiologisk Laboratorium, Köpenhamns Universitet (8/98-8/01) Alexander von Humboldt Stipendiat, MPI-Bremen (8/01-10/02) (9/03-12/04) Föräldraledig (100%: 10/02-9/03) Alexander von Humboldt Stipendiat, MPI-Bremen (9/03-12/04) Föräldraledig (100%: 01/05-01/06) Forskare, Alfred-Wegener-Institut för Polar och Marine Forskning, sektion för Marin Biogeovetenskap, Bremerhaven (01/06-08/08) Marie Curie Stipendiat, Stockholms Universitet, Botaniska Institutionen (08/08-02/11) (75%: 25% föräldraledig) Forskare, Stockholms Universitet, Systemekologiska Institutionen (02/11-03/12) (100% tillsvidera) Universitetslektor, Göteborgs Universitet (03/12-06/13)( 100% tills vidare) Professor, Göteborgs Universitet (06/13- )( 100% tills vidare)

Forskningsintressen • Fixering av kol- och näringsämnen (inkl. N2-fixation) i phytoplankton • Remineralisering och transport av kol och näringsämnen i havet • Småskaliga flöden av kol och kväve, aggregat och koloni bildning, och kemisk mikromiljö i plankton • Vertikala flöden av kol och kväve, ”marin snö”, och havets biologiska kol pump • Globala kol- och kväveflöden i havet

PÅGÅENDE FORSKNINGSPROJEKT

“Kol- och kväveomsättning i blomningar av cyanobakterier i Östersjön - småskaliga processer och storskaliga effekter (finansieret av FORMAS, 2011-2013):

Mänsklig påverkan på Östersjöns ekosystem har lett till ökade algblomningar, utbredning av syrefria bottnar och en minskning av fiskbeståndet. Att minska tillförseln av näringsämnen och därmed övergödning är en viktig fråga när man diskuterar hållbar utveckling för Östersjön. Effekten av minskad kvävetillförsel på Östersjön är oklar eftersom ansträngningarna kan motverkas av att kvävefixerande blågröna alger kan binda atmosfäriskt kväve (N2). Blomningar av blågröna alger täcker havsytan som tjocka ansamlingar som hindrar bad och skadar rekreation och turism. De förekommer naturligt i Östersjön, men de kan vara giftiga och förvärrar eutrofieringen genom att fixera 200-400 tusen ton kväve/år. I kvävebegränsade vattenområden, såsom stora delar av Egentliga Östersjön, har ny forskning vist att en stor del av det kväve som utnyttjas av växtplankton kan komma direkt från kvävefixering under hela sommaren (2-3 månader). Fotosyntetiserande blågröna alger (Aphanizomenon sp.) anses vara de huvudsakliga kvävefixerarna i Östersjön. Nya undersökningar, som vi har utfört med nya känsliga metoder, har vist at dessa blågröna alger friger kväve som ammonium direkt i Östersjön när atmosfäriskt kväve (N2) bindas i dessa blågröna alger. Målet med detta projekt är att ta reda på flere kvävefixerare och dessas aktivitet i Östersjön. Användandet av nanoscale secondary ion mass spectrometry (nanoSIMS) och mikrosensorer medför att kvävefixering per cell i naturliga blandade populationer av plankton celler kan mätas vilket tidigare har varit omöjligt eftersom traditionella metoder inte är tillräckligt känsliga. Direkta mätningar av fysikalisk-kemiska egenskaper och biogeokemiska processer i dessa cyanobakterier och kolonier av dessa är nödvändiga för at förstå deras roll för flödet av kol och kväve från atmosfären till de akvatiska ekosystemen.

Medarbetare: Post-dok Nurun Nahar (GU), Doktorand Malin Olofsson (GU), Doktorand Isabell Klawonn (SU), Doktorand Jennie Svedén (SU), Forskningsassistent Björn Andersson, Prof. Peter Tiselius (GU), Dr. Niculina Musat UFZ-Leipzig), Dr. Gaute Lavik och Prof. Marcel Kuypers (MPI-Bremen)

Relevanta publikationer: Ploug, H. 2008. Cyanobacterial aggregates formed by Aphanizomenon sp. and Nodularia spumigena in the Baltic Sea: Small-scale fluxes, pH and oxygen microenvironments. Limnol. Oceanogr. 53: 914-921. Ploug, H., Musat, N., Adam, B., Moraru, C.M., Lavik, G., Vagner, T., Bergman, B., Kuypers, M.M.M. 2010. Carbon and nitrogen fluxes associated with the cyanobacterium Aphanizomenon sp. in the Baltic Sea. The ISME-Journal 4: 1215-1223. doi:10.1038/ismej.2010.53. Ploug, H., Adam, B., Musat, N., Kalvelage, T., Lavik, G., Wolf-Gladrow, D. and Kuypers, MMM. 2011. Carbon, nitrogen, and O2 fluxes associated with the cyanobacterium Nodularia spumigena in the Baltic Sea. The ISME-Journal 5: 1549-1558 doi:10.1038/ismej.2011.20. Svedén, J, and Ploug, H. 2012 “Kvävefixerare göder haven” Havsutsikt 2: 12-13.

“Kiselager och deres rol i havets kol- och kväveflödE” (finansieret av Vetenskapsrådet, 2012-2015):

Syftet med detta projekt är att ta reda på kol och kväve assimilering i kiselalger, dets transport och nedbrytning i havet. Kiselalger utgör en kärnfaktor i jordens kol-cykel. De assimilerar kol (CO2) och kväve (nitrat) under deres växt i havets överste belyste (eufotiska) zone, och sedimentarer som aggregater (ansamlingar av manga celler) med hastigheter på flera hundrade meter per dag när koncentrationen av algeceller är hög och/eller näringssalte är förbrukt och begränsar kiselalgernes produktion. De utgör en signifikant faktor i havets så kallad kol-pumpe som transporterar assimileret CO2 fra havets eufotiska zone till djuphavet. Denne flux av kol stof från den eufotisk zone mot djuphavet är samme störrelsesorden som den mänskliga utletning av CO2 till atmosfären! Kiselalgernes assimilation och transport av CO2 beror på såväl små-skaliga som stor-skaliga komplexa fysiska, kemiska och biologiska processer i havet. Direkta mätningar av fysikalisk-kemiska egenskaper och biogeokemiska processer i kiselalger och aggregater av dessa är nödvändiga för at forstå deras roll för flödet av kol från atmosfären till de akvatiska ekosystemen och djuphavet. Vor förståelse av dessa processer är i hög grad begränsat av metoders känslighet på ett små-skaligt niveau. Vi vill kombinera helt nye känsliga metoder så som nanoscale secondary ion mass sprectrometry (nanoSIMS) med mikrosensorer och flow celler och mäta kol- och kväve assimilation direkte i celler av kiselalger påverkat av turbulens på ett niveau som finnes i havet samt i sedimenterande aggregater av kiselagler. Vi kommer också att kvantifiera hur bakterier utnyttjar sedimentarande kiselalge-aggregater som kol och kväve källa som delvis respireras åter till CO2 och därmed reducerar kol-flöden mot djup-havet. Resultaten är av stor betydelse för förståelsen fysikalisk-kemiska egenskaper och biogeokemiska processer i dessa kiselalger och aggregater av dessa som påverkar deras roll för flödet av kol från atmosfären till de akvatiska ekosystemen och djuphavet.

Medarbetare: Post-dok Johanna Bergkvist (GU), Forskningsaassistent Björn Andersson (GU), Dr. Hans-Peter Grossart (IGB-Berlin), Dr. Niculina Musat (UFZ-Leipzig), Dr. Bo Liu oc Prof. Arzhang Khalili (MPI-Bremen), Prof. Gerhard Fischer och Dr. Morten Iversen (Marum, Bremen), Eva-Maria Zetsche (NIOZ, Yerseke), Erik Selander (GU).

Relevanta publikationer: Ploug H, Grossart H-P. 2000. Bacterial growth and grazing on diatom aggregates: Respiratory carbon turnover as a function of aggregate size and sinking velocity. Limnol. Oceanogr. 45 (7): 1467-1475. Kiørboe T, Ploug H, Thygesen UH. 2001. Fluid motion and solute distribution around sinking marine snow aggregates: Small scale fluxes and heterogeneity of nutrients in the pelagic environment. Mar. Ecol. Prog. Ser. 211: 1-13. Grossart H-P, Ploug H. 2001. Microbial degradation of organic carbon and nitrogen on diatom aggregates. Limnol. Oceanogr. 46 (2): 267-277. Ploug H. 2001. Small-scale oxygen fluxes and remineralization in sinking aggregates. Limnol. Oceanogr. 46 (7): 1624-1631. Ploug H, Iversen MH, Fischer G. 2008. Ballast, sinking velocity and apparent diffusivity in marine snow and zooplankton fecal pellets: Implications for substrate turnover by attached bacteria. Limnol. Oceanogr. 53; 1878-1886.

Publikationer Lassen C, Ploug H, Jørgensen BB. 1992. A fibre-optic scalar irradiance sensor: applications for spectral light measurements in sediments. FEMS Microbiol. Ecol. 86: 247-254. Lassen C, Ploug H, Jørgensen BB. 1992. Microalgal photosynthesis and spectral scalar irradiance in coastal marine sediments of Limfjorden, Denmark. Limnol. Oceanogr. 37: 760-772. Ploug H, Lassen C, Jørgensen BB. 1993. Action spectra of microalgal photosynthesis and depth distributions of spectral scalar irradiance in a coastal marine sediment of Limfjorden, Denmark. FEMS Microbiol. Ecol. 102: 261-270. Ploug H, Lassen C, Jørgensen BB. 1993. Action spectra of microalgal photosynthesis and depth distributions of spectral scalar irradiance in a coastal marine sediment of Limfjorden, Denmark. FEMS Microbiol. Ecol. 12: 69-78. Lassen C, Ploug H, Kühl M, Jørgensen BB. 1994. Oxygenic photosynthesis and light distribution in marine microbial mats. In: L. J. Stal and P. Caumette (eds.) Microbial mats: Structure, development and environmental significance. NATO ASI Series Vol. G 35: 305-311. Springer-Verlag. Kühl M, Glud RN, Ploug H, Ramsing NB. 1996. Microenvironmental control of photosynthesis and photosynthesis-coupled respiration in an epilithic cyanobacterial biofilm. J. Phycol. 32: 799-812. Ploug H, Kühl M, Buchholz B, Jørgensen BB. 1997. Anoxic aggregates – an ephemeral phenomenon in the ocean. Aquat. Microbol. Ecol. 13: 285-294. Ploug H, Jørgensen BB. 1999. A net-jet flow system for mass transfer and microelectrode studies in sinking aggregates. Mar. Ecol. Prog. Ser. 176: 279-290. Ploug H, Grossart H-P, Azam F, Jørgensen BB. 1999. Photosynthesis, respiration, and carbon turnover in sinking marine snow from surface waters of Southern California Bight: Implications for the carbon cycle in the ocean. Mar. Ecol. Prog. Ser. 179: 1-11. Schramm A, Santegoeds CM, Nielsen HK, Ploug H, Wagner M, Pribyl M, Wanner J, Amann R, deBeer D. 1999. An interdisciplinary Approach to the Occurrence of Anoxic Microniches, Denitrification, and Sulfate Reduction in Aerated Activated Sludge. Appl. Environ. Microbiol. 65:4189-4196. Ploug H, Grossart H-P. 1999. Bacterial production and respiration in aggregates - a matter of the incubation method. Aquat. Microbol. Ecol. 20(1): 21-29. Ploug H, Stolte W, Epping EHG, Jørgensen BB. 1999. Diffusive boundary layers, photosynthesis and respiration of the colony-forming plankton alga, Phaeocystis sp. Limnol. Oceanogr. 44(8): 1949-1958. Ploug H, Stolte W, Jørgensen BB. 1999. Diffusive boundary layers of the colony-forming plankton alga, Phaeocystis sp. – implications for nutrient uptake. Limnol. Oceanogr. 44(8): 1959-1967. Ploug H, Stolte W, Jørgensen BB. 2000. Diffusive boundary layers of the colony-forming plankton alga, Phaeocystis sp. – implications for nutrient uptake. (Correction) Limnol. Oceanogr. 45(4): 1012. Grossart H-P, Ploug H. 2000. Bacterial Production and Growth Efficiencies: Direct Measurements on Riverine Aggregates. Limnol. Oceanogr. 45 (2): 436-445. Ploug H, Grossart H-P. 2000. Bacterial growth and grazing on diatom aggregates: Respiratory carbon turnover as a function of aggregate size and sinking velocity. Limnol. Oceanogr. 45 (7): 1467-1475. Kiørboe T, Ploug H, Thygesen UH. 2001. Fluid motion and solute distribution around sinking marine snow aggregates: Small scale fluxes and heterogeneity of nutrients in the pelagic environment. Mar. Ecol. Prog. Ser. 211: 1-13. Grossart H-P, Ploug H. 2001. Microbial degradation of organic carbon and nitrogen on diatom aggregates. Limnol. Oceanogr. 46 (2): 267-277. Ploug H. 2001. Small-scale oxygen fluxes and remineralization in sinking aggregates. Limnol. Oceanogr. 46 (7): 1624-1631. Ploug H, Zimmermann-Timm H, Schweitzer B. 2002. Microbial communities and respiration on aggregates in the Elbe estuary, Germany. Aquat. Microbial Ecol. 27: 241-248. Ploug H, Hietanen S, Kuparinen J. 2002. Diffusion and advection within and around sinking, porous diatom aggregates. Limnol. Oceanogr. 47 (4): 1129-1136 Kiørboe T, Grossart H-P, Ploug H, Tang K. 2002. Mechanisms and rates of bacterial colonization of sinking aggregates. Appl. Environ. Microbiol. 68 (8) 3996-4006. Simon M, Grossart H-P. Schweitzer B, Ploug H. 2002. Microbial Ecology of Organic Aggregates in Aquatic Ecosystems. (Review). Aquat. Microbial. Ecol. 28 (2): 175-211. Grossart H-P, Hietanen S, Ploug H. 2003. Microbial dynamics on natural diatom aggregates in Øresund, Denmark. Mar. Ecol. Prog. Ser. 249: 69-78. Thorsen MS, Wieland A, Ploug H, Kragelund C, Nielsen PH. 2003. Distribution and activity of endosymbiotic sulfur bacteria in anoxic aggregates from the hindgut of the sea urchin Echinocardium cordatum, Ophelia 57: 1-12. Kiørboe, T, Tang, K, Grossart, H.-P., Ploug, H. 2003. Microbial dynamics on marine snow: colonization, growth, detachment, and mortality of attached bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 69(6): 3036-3047. Grossart, H-P, Kiørboe T, Tang K, Ploug H. 2003.Bacterial Colonization of Marine Snow Particles: Growth and Inter-Specific Interactions Appl. Environ. Microbiol. 69(6): 3500-3509. Passow U, Engel A, Ploug H. 2003. The Role of Aggregation for the Dissolution of Diatom Frustules. FEMS Microb Ecol 46: 247-255. Ploug, H. 2004. Snow in the Ocean. Humboldt Kosmos. 83:27. Kiørboe, T, Grossart H.-P., Ploug H, Tang K, Auer B. 2004. Particle associated flagellates: swimming patterns, colonization rates, and grazing on attached bacteria. Aquat. Microb Ecol. 35:141-152. Grossart HP, Kiørboe T, Tang KW, Allgaier M, Yam EM, Ploug H. 2005. Interactions between marine snow and heterotrophic bacteria: aggregate formation and microbial dynamics. Aquat. Microb Ecol. 42: 19-26. Ploug H, Passow U. 2007. Direct measurements of diffusivity in diatom aggregates containing transparent exopolymer particles (TEP). Limnol. Oceanogr. 52: 1-6. Grossart HP, Tang, KW, KiørboeT, Ploug H. 2007. Comparison of cell-specific activity between free-living and attached bacteria using isolates and natural assemblages. FEMS Microbiol. Lett. 266: 194-200. Ploug H, Iversen, MH, Koski M, Buitenhuis ET. 2008. Production, respiratory carbon turnover, and sinking velocity of copepod fecal pellets: direct measurements of ballasting by opal and calcite. Limnol. Oceanogr. 53: 469-476. Dehairs, F. (ed), deBrauwere, A. (ed), Elskens, M. (ed), Bathmann, U., Becquevort, S., Blain, S., Boyd, P., Buesseler, K., Buitenhuis, E., Gehlen, M., Herndl, G., Klaas, C., Lampitt, R., Lefevre, D., Passow, U., Ploug, H., Primeau, F., Stemmann, L., Trull, T., 2008. Controls on Organic Carbon Export and Twilight Zone Remineralization. Oceanography, 21, 94-97. Ploug, H. 2008. Cyanobacterial aggregates formed by Aphanizomenon sp. and Nodularia spumigena in the Baltic Sea: Small-scale fluxes, pH and oxygen microenvironments. Limnol. Oceanogr. 53: 914-921. Ploug H, Iversen MH, Fischer G. 2008. Ballast, sinking velocity and apparent diffusivity in marine snow and zooplankton fecal pellets: Implications for substrate turnover by attached bacteria. Limnol. Oceanogr. 53; 1878-1886. Iversen MH, Nowald N, Ploug H, Jackson GA, Fischer, G. 2010. High resolution profiles of vertical particulate organic matter export off Cape Blanc, Mauritania: Degradation processes and ballasting effects. Deep-Sea Res. I. 57:771-784. doi: 10.1016/j.dsr.2010.1003.1007 Ploug, H., Musat, N., Adam, B., Moraru, C.M., Lavik, G., Vagner, T., Bergman, B., Kuypers, M.M.M. 2010. Carbon and nitrogen fluxes associated with the cyanobacterium Aphanizomenon sp. in the Baltic Sea. The ISME-Journal 4: 1215-1223. doi:10.1038/ismej.2010.53. Feature Article Ploug, H, Terbrüggen A, Kaufmann A, Wolf-Gladrow D, Passow U. 2010. A novel method to measure particle sinking velocity in vitro, and its comparison to three other in vitro methods. Limnol. Oceanogr.-Methods 8: 386-393. DOI 10:4319/lom.2010.8.386 Iversen MH, Ploug H. 2010. Ballast minerals and the sinking carbon flux in the ocean: Carbon-specific respiration rates and sinking velocities of marine snow aggregates. Biogeosciences 7: 2613-2624. doi:10.5194/bg-7-2613-2010 Ploug, H., Adam, B., Musat, N., Kalvelage, T., Lavik, G., Wolf-Gladrow, D. and Kuypers, MMM. 2011. Carbon, nitrogen, and O2 fluxes associated with the cyanobacterium Nodularia spumigena in the Baltic Sea. The ISME-Journal 5: 1549-1558 doi:10.1038/ismej.2011.20. Svedén, J, and Ploug, H. 2012 “Kvävefixerare göder haven” Havsutsikt 2: 12-13. Iversen, MH. and Ploug, H. 2013. Temperature effects on carbon-specific respiration rate and sinking velocity of diatom aggregates. Potential implications for deep-ocean export processes. Biogeosciences.10:4073-4085. Klawonn, I, Bonaglia, S, Brüchert, V, and Ploug, H. Anaerobic N-cycling in N2 fixing Cyanobacterial colonies (under review). Ploug, H, and Bergkvist, J. Hypoxia can stimulate NH4 release by sinking diatom aggregates (under review).

Google scholar publications/citations: http://scholar.google.com/citations?user=y9SMpDwAAAAJ