Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Klein, aber oho: eine neue Schlüsselfigur im marinen Stickstoffkreislauf

13.09.2016

Eine kleine Symbiose, die molekularen Stickstoff fixiert, hat großen Anteil an der Gesamtstickstofffixierung im tropischen Nordatlantik. Das zeigt nun erstmals eine neue Studie in Nature Microbiology. Stickstofffixierung ist die größte Quelle von Stickstoff im offenen Ozean. daher spielt diese Symbiose eine Hauptrolle im marinen Stickstoffkreislauf.

Stickstoff ist lebenswichtig für alle Lebensformen: Er ist Teil von Proteinen, Nukleinsäuren und anderen zellulären Strukturen. In vielen Regionen des Ozeans ist Stickstoff aber nur begrenzt verfügbar, beispielsweise im tropischen Nordatlantik. In dieser Region wird Stickstoff vorwiegend über Stickstofffixierung eingetragen, in etwas geringerer Menge auch durch atmosphärischen Transport.


Die kleine Symbiose von UCYN-A und einer einzelligen Alge sieht unscheinbar aus, spielt aber eine Schlüsselrolle im Stickstoffkreislauf des Meeres (grün= Bakterienzelle, orange/blau = Algenzelle)..

Clara Martínez-Pérez/Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie


Clara Martínez-Pérez an Bord des Forschungsschiffes beim Beproben einer Inkubationsflasche aus dem Versuchsaufbau.

Tim Ferdelman

Stickstofffixierung ist die Umsetzung von inertem (wenig reaktionsfreudigem) Stickstoffgas aus der Atmosphäre zu Stickstoffverbindungen, die auch andere Mikroorganismen nutzen können - zum Beispiel Algen, die Kohlendioxid nutzen.

Die Organismen, die Stickstoff fixieren, werden Stickstofffixierer oder Diazotrophe genannt. Sie düngen sozusagen die nährstofflimitierten Regionen des Ozeans. Deswegen ist es wichtig, die Wirkung und die Hauptakteure der Stickstofffixierung zu kennen. Nur so ist es möglich, zukünftige globale Veränderungen und deren möglichen Einfluss auf die Produktivität des Ozeans zu verstehen.

Clara Martínez-Pérez und ihre Mitautoren vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen (MPI Bremen), der Universität Kiel und dem GEOMAR in Kiel haben nun bestimmt, welchen Beitrag einer der häufigsten marinen Diazotrophen namens UCYN-A zur Gesamtstickstofffixierung im tropischen Nordatlantik leistet.

Obwohl dieser kleine Stickstofffixierer, der in Symbiose mit einer einzelligen Alge lebt, im Vergleich zu anderen Diazotrophen sehr zahlreich ist, wurden seine Aktivität und sein Beitrag bislang noch nicht untersucht. Nun zeigt sich: Die bisherigen Annahmen über die Hauptakteure der Stickstofffixierung müssen wahrscheinlich überarbeitet werden.

Ein neuer Hauptakteur im Stickstoffkreislauf

Der tropische Nordatlantik beherbergt etwa ein Viertel der globalen Stickstofffixierung. Bisher wurde angenommen, dass dies vorwiegend auf der Aktivität des diazotrophen Trichodesmium beruht. Trichodesmium ist ein fadenförmiges Cyanobakterium, das in so großer Zahl blühen kann, dass man es sogar mit dem bloßen Auge und mit Satelliten sehen kann. “Allerdings gibt es viele andere Diazotrophe im Ozean, deren Beitrag bisher nicht bestimmt wurde”, erklärt Martínez-Pérez.

Um den Beitrag von UCYN-A zu bestimmen, kombinierten die Wissenschaftler verschiedene Methoden. Eine davon ist das sogenannte NanoSIMS, mit dem man einzelne Zellen darstellen und deren Aktivität messen kann. “Damit können wir die ökologische Rolle von UCYN-A im marinen Stickstoffkreislauf bemessen. Diese Information ist notwendig für globale Modelle der Nährstoffkreisläufe”, sagt Mitautorin Wiebke Mohr vom MPI Bremen.

Die Ergebnisse waren überraschend: Martínez-Pérez und ihre Kollegen zeigen, dass UCYN-A genauso wichtig für die Stickstofffixierung im tropischen Nordatlantik ist wie Trichodesmium. „Obwohl Trichodesmium sehr zahlreich war, war es nicht sehr aktiv und hat nicht sehr viel Stickstoffgas fixiert”, sagt Martínez-Pérez. Im Gegensatz dazu war das viel kleinere UCYN-A sehr aktiv. Für sein symbiotisches Zusammenleben mit einer kleinen Alge muss UCYN-A mehr Stickstoffgas fixieren, als es für sich selbst benötigt, da es auch den Stickstoff für die Alge fixiert. So kommt es, dass UCYN-A im tropischen Nordatlantik genauso viel Stickstoffgas fixierte wie Trichodesmium.

Marine Kosmopoliten

Die Wissenschaftler haben daraufhin die globale Verteilung von UCYN-A untersucht. Im Gegensatz zu Trichodesmium, das nur bei über 20 °Celsius lebt, kommt der kleine Organismus überall vom Arktischen bis zum Antarktischen Polarkreis vor. “Deshalb hat UCYN-A das Potenzial, nicht nur in tropischen Regionen sondern auf der ganzen Welt ein wichtiger Stickstofffixierer zu sein”, sagt Martínez-Pérez. Interessanterweise ist trotz der Aktivität und ökologischen Relevanz dieser Symbiose ihre Anzahl sehr gering ist im Vergleich zu anderen Mikroorganismen im Ozean.

Diese geringe Anzahl von UCYN-A deutet darauf hin, dass sie schnell von Zooplanktern gefressen oder anderweitig aus dem Oberflächenwasser entfernt werden. Dies würde zu einem sehr effizientem Transfer des fixierten Stickstoffs in das marine Nahrungsnetz führen, und legt nahe, dass der Beitrag von UCYN-A zur Stickstofffixierung noch höher ist, als hier bestimmt wurde. “Als nächstes würden wir gerne das Vorkommen und die Aktivität von UCYN-A in anderen Regionen des Ozeans untersuchen. Dies würde uns erlauben, ein tieferes Verständnis dessen globaler Rolle zu erlangen”, schlussfolgert Martínez-Pérez.

Originalveröffentlichung

The small unicellular diazotrophic symbiont, UCYN-A, is a key player in the marine nitrogen cycle. Clara Martínez-Pérez, Wiebke Mohr, Carolin R. Löscher, Julien Dekaezemacker, Sten Littmann, Pelin Yilmaz, Nadine Lehnen, Bernhard M. Fuchs, Gaute Lavik, Ruth A.
Schmitz, Julie LaRoche, Marcel M. M. Kuypers. Nature Microbiology
DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.163

Kontakt

Dr. Wiebke Mohr,
Telefon: 0421 2028 - 630
E-Mail: wmohr@mpi-bremen.de

Clara Martínez-Pérez
Telefon: 0421 2028 - 653
E-Mail: cmartine@mpi-bremen.de

Oder die Pressestelle

Dr. Fanni Aspetsberger
Telefon: 0421 2028 947
E-Mail: faspetsb@mpi-bremen.de

Weitere Informationen:

http://www.mpi-bremen.de

Dr. Fanni Aspetsberger | Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere
20.02.2018 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Markierung für Krebsstammzellen
20.02.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Highlight der Halbleiter-Forschung

20.02.2018 | Physik Astronomie

Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?

20.02.2018 | Materialwissenschaften

Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere

20.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics