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 Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Selbstfaltendes Origami
27.06.2017 | 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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie

Digitalanzeige mit Touchscreen WAY-AX & WAY-DX von WayCon

27.06.2017 | Energie und Elektrotechnik

Der Krümmung einen Schritt voraus

27.06.2017 | Informationstechnologie