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 Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

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: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikroben hinterlassen "Fingerabdrücke" auf Mars-Gestein

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen

17.10.2017 | Physik Astronomie

Kaiserschnitt-Risiko ist vererbbar

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie