Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Archaeen wandeln in sauren Böden Ammonium um

21.12.2011
Bislang wurde die Rolle dieser Mikroorganismen im Stickstoffkreislauf für saure Böden unterschätzt. Den Nachweis dieser Bedeutung erbrachten jetzt Mikrobiologen mittels moderner Hochleistungssequenzierung. Die Ergebnisse sind von hoher Relevanz für andere Fachdisziplinen.

Sie sind erst seit den späten 70er-Jahren des letzten Jahrhunderts bekannt: Die anfangs für spezielle Bakterien gehaltenen Archaeen bilden neben Bakterien und Eukaryoten eine eigene Domäne zellulären Lebens. Weil sich Archaeen vor allem dadurch auszeichnen, extreme Lebensräume zu besiedeln – bis hin zu Geysiren –, gingen die meisten Wissenschaftler lange davon aus, dass sie nur eine geringe ökolo-gische Bedeutung haben.


Auch im sauren Boden können bestimmte Mirkoorganismen wie Archaeen überleben. Sie sind in der Lage, Ammoniak, das bei biologischen Abbauprozessen im Boden entsteht, in Nitrat umzuwandeln. Archaeen sind daher auch für die Pflanzenforschung interessant, da Nitrat ein wichtige Nährstoffquelle für Pflanzen ist (Quelle: iStockphoto®).

Dieses Bild hat sich in den letzten Jahren gewandelt, da populations-genetische Analysen von Boden- und Gewässerproben Archaeen eine wichtige Funktion in den Stoffkreisläufen der Ökosysteme nachweisen konnten. Daran knüpft auch die Arbeit von Forschern des Helmholtz Zentrums für Gesundheit und Umwelt in München sowie der Universität Aberdeen an, die jetzt online in „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurde: Die Mikrobiologen konnten zeigen, dass Archaeen wesentlich daran beteiligt sind, in sauren Böden Ammoniak in Nitrat umzuwandeln.

Ammoniak ist Teil des Stickstoffzyklus‘: Wenn Pilze und Bakterien abgestorbene Biomasse zersetzen, bildet sich – je nach pH-Wert des Bodens – Ammoniak (NH3) oder Ammonium (NH4+). Das wird von Mikroorganismen zu Nitrit und dann zu Nitrat oxidiert. Für Pflanzen ist Nitrat gegenüber Ammoniak die bevorzugte Quelle für Stickstoff. Welche Mikroorganismen diese Prozesse bei unterschiedlichen Bodenbedingungen antreiben, ist daher auch für die Pflanzenforschung von Interesse.

Wann immer Biologen Ammoniak oxidierende Bakterien kultiviert haben, machten sie eine Feststellung: Unterhalb eines pH-Werts von 6,5 gab es praktisch kein Wachstum mehr. Das ist wenig überraschend, da sich bei niedrigem pH-Wert das Gleichgewicht zwischen Ammoniak und Ammonium zugunsten des Ammoniums verschiebt – und Mikro-organismen, die auf Ammoniak angewiesen sind, die Nahrung fehlt. Wie aber erklärt es sich dann, dass in der Natur auch in sauren Böden eine Ammoniak-Umwandlung stattfindet?

Die Antwort liefern die in diesem Zusammenhang bislang kaum untersuchten Archaeen. Mittels Hochleistungssequenzierung analysierten die Helmholtz-Forscher Bodenproben unterschiedlicher pH-Werte auf die Präsenz von amoA-Genen. Sie kodieren in Archaeen die Ammoniakmonooxygenase, die verantwortlich ist für die Umwandlung von Ammoniak. In Bodenproben mit niedrigem pH-Wert konnten die Wissenschaftler auf diese Weise einen hohen Anteil bestimmter Thaumarchaeen nachweisen, die in neutralen Böden deutlich seltener und in basischen Böden kaum vorhanden sind. Offensichtlich haben sich die Ammoniak oxydierenden Archaeen im Laufe der Evolution an unterschiedliche pH-Bereiche angepasst.

Da die in PNAS beschriebenen Thaumarchaeen in ähnlicher Menge in allen sauren Bodenproben unabhängig von der geografischen Herkunft gefunden wurden, vermuten die Forscher nun, dass diese Mikroorga-nismen weltweit in Böden mit niedrigem pH-Wert eine maßgebliche Bedeutung für die Ammoniakumwandlung haben. Offen bleibt die Frage, wie es den Thaumarchaeen gelingt, im sauren Milieu zu überleben.

Für die Wissenschaft ist die Arbeit der beiden Forschergruppen von zusätzlicher Relevanz: Zum einen zeigt sie, wie sich die Artenvielfalt im Boden erfolgreich auch für solche Organismen analysieren lässt, die im Labor nicht zu kultivierend sind. Zum anderen interessiert die Oxydation zu Nitrat im Boden gleich mehrere Wissenschaftsdisziplinen: die Pflanzenforschung, weil Nitrat eine so wichtige Stickstoffquelle ist; die Ökologie, weil übermäßige Nitratdüngung das Grundwasser belastet; und die Klimaforschung, weil Pflanzen unter bestimmten Umständen aus Nitrat das starke Treibhausgas N2O (Lachgas) erzeugen. Es ist daher dringend erforderlich, die Verständnislücken zu schließen, die die mikrobielle Aktivität im Boden rund um den Stickstoff betreffen.

Quelle:
Gubry-Rangin et al. (2011): Niche specialization of terrestrial archaeal ammonia oxidizers. PNAS online, DOI: 10.1073/pnas.1109000108.

Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:
Gelingt der Forschung eine zweite Stickstoff-Revolution?
Hoher Düngemitteleinsatz lässt Chinas Böden versauern

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/archaeen-wandeln-sauren-boeden-ammonium-um?piwik_campaign=newsletter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Bürgerforschungsprojekt SAIN: Urban Farming gemeinsam voranbringen
18.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Projekt "HorseVetMed": Forscher entwickeln innovatives Sensorsystem zur Tierdiagnostik
17.01.2018 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie