Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Mikroben mit Nitrat umgehen

08.08.2014

Neue Science-Studie könnte helfen, den Einsatz von Düngemittel effizienter zu gestalten und den Eintrag von Treibhausgasen zu reduzieren.

Der Einfluss der menschlichen Zivilisation auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und die möglichen Folgen wie Klimawandel und globale Erwärmung sind lange bekannt. Daneben gibt es andere wichtige Prozesse, die weniger Beachtung finden.


Angereicherte Kultur aus dem Reaktor unter dem Fluoreszenz-Mikroskop. Die grün angefärbten Zellen sind denitrifizierende Bakterien innerhalb ihrer bakteriellen Gemeinschaft.

Theresa Hargesheimer, MPI Bremen


Die deutsche Nordseeküste mit der Probennahmestelle Janssand.

Manfred Schlösser

Es sind die massiven Einträge von Stickstoffverbindungen durch den Menschen. Diese Prozesse sind bislang nur wenig verstanden. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern die Parameter identifiziert, die darüber entscheiden, ob diese Stickstoffverbindungen bioverfügbar bleiben oder sie als inaktives Stickstoffgas in die Atmosphäre entweichen. (Science 8. August 2014).

Globale Stickstoffbilanz ist stark verändert

Luftstickstoff in Düngemittel umwandeln kann man erst seit Anfang des 20. Jahrhunderts mithilfe des Haber-Bosch-Verfahrens. Davor entstanden diese Düngemittel, also bioverfügbare Stickstoffverbindungen, nur auf natürlichem Wege. Stickstoff-fixierende Bakterien bilden Ammonium aus Luftstickstoff. Eine weitere Quelle sind Gewitterblitze, die dabei freigesetzte Energie lässt Stickoxide entstehen.

Einen Teil dieser bioverfügbaren Stickstoffverbindungen wandeln denitrifizierende Bakterien wieder zu Luftstickstoff um. Die globale Bilanz der Stickstoffverbindungen hat sich in den letzten Jahrzehnten entscheidend verändert. Jetzt kommt der Großteil nicht mehr aus natürlichen, sondern aus menschlichen Quellen. Die Folgen des massiven Einsatzes von Stickstoffverbindungen in Landwirtschaft und Aquakultur sind Eutrophierung von Seen, Süßwasserreservoirs und den Ozeanen. Auf lange Sicht wird auch die Atmosphäre beeinflusst.

Wie Kohlenstoff wird Stickstoff durch komplexe mikrobielle Prozesse umgesetzt. Mikroorganismen können bioverfügbares Nitrat auf zwei Wegen umwandeln. Entweder geht es über die Denitrifikation mit dem Endprodukt Stickstoffgas N2, das in die Atmosphäre entweicht und nun nicht mehr bioverfügbar ist. Als Nebenprodukt entsteht das Treibhausgas Stickoxid. Oder es geht über die Ammonifikation mit dem Endprodukt Ammonium. Das Ammonium bleibt bioverfügbar für Pflanzen, Getreide und andere Organismen.

Welcher Weg wird eingeschlagen?

Das Team um Marc Strous und Kollegen nahm Proben aus dem Wattenmeer vor Spiekeroog, die sie dann über einen längeren Zeitraum im Labor inkubierten, um gezielt den Einfluss verschiedener Umweltbedingungen zu untersuchen. Mit speziellen Methoden konnten sie den Weg des Stickstoffs verfolgen und bestimmen, welche mikrobielle Spezies zum Zuge kam. In 15 Experimenten gelang es ihnen, die drei Faktoren herauszuarbeiten. „Es sind das Verhältnis von Nitrit zu Nitrat, das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff und die Wachstumsrate der Mikroorganismen,“ erklärte Beate Kraft, Erstautorin der Studie.

Marc Strous und sein Team vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen und Kollegen setzten dabei moderne Genom-Analyseverfahren ein. Die Proben aus dem Wattenmeer sind komplexe mikrobielle Gemeinschaften, die beide Wege, die Ammonifikation oder die Denitrifikation eingehen können.

„Wir ließen der Natur ihren Lauf und konnten in unseren Reaktoren verfolgen, wie die natürliche Selektion die Entscheidung traf, “ sagt Marc Strous, der inzwischen an der Universität von Calgary arbeitet. „So konnten wir die drei kritischen Schalter herausfinden. Die Ergebnisse lassen sich auch auf andere Systeme wie Kläranlagen oder den optimierten Einsatz von Düngemitteln übertragen. Effiziente Düngemittel bedeuten weniger Belastung der Natur.“

Rückfragen an

Prof. Dr. Marc Strous
CAIP Research Chair in Microbiology, Energy Bioengineering Group
Department of Geoscience, University of Calgary
www.ucalgary.ca/ebg, tel: 001 403 220 6604, mstrous@ucalgary.ca

oder an den Pressesprecher

Dr. Manfred Schloesser, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Celsiusstraße 1, D-28359 Bremen
0049 421 2028704, mschloes@mpi-bremen.de

Weitere Informationen:

http://www.mpi-bremen.de Webseite Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
http://www.ucalgary.ca/ebg Webseite der University of Calgary

Dr. Manfred Schloesser | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Rostocker Forscher wollen Glyphosat „entzaubern“
29.03.2017 | Universität Rostock

nachricht Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | 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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

29.03.2017 | Physik Astronomie

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE