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Methanabbau durch Bakterien im Süßwasser

03.03.2015

Bakterieller Methanabbau ist möglich dank photosynthetischer Algen

Nur sehr wenig Methan steigt aus den Seen in die Atmosphäre auf, deren tiefe Schichten frei von Sauerstoff sind. Doch anders als bisher angenommen, sind offenbar nicht Archaeen oder ohne Sauerstoff lebende Bakterien für den Methanabbau zuständig.


Probenahmen auf dem Lago Cadagno im Schweizer Südkanton Tessin.

Jana Milucka, /Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie


Typischer Verlauf der Sauerstoff- und Methankonzentrationen im Lago Cadagno. Der Methanabbau ist in einer relativ dünnen Schicht in 10-13 Metern Tiefe aktiv.

Eawag//Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Eine neue Studie im Tessiner Lago Cadagno zeigt, dass Proteobakterien mit Hilfe von Sauerstoff dieses Treibhausgas inaktivieren. Den notwendigen Sauerstoff beziehen sie von in denselben Schichten vorkommenden photosynthetisch aktiven Algen.

Süsswasserseen und auch manche Wasserreservoirs in den Tropen tragen im Unterschied zu den Meeren signifikant zum Ausstoss des Treibhausgases Methan bei. Das Methan stammt vom Abbau des auf den Grund der Gewässer gesunkenen organischen Materials. Obwohl die von Seen bedeckte Fläche deutlich kleiner ist als die Fläche der Ozeane, produzieren die Seen erheblich mehr Methan.

Die Seen mit gut durchmischter Wassersäule tragen besonders viel zum Methanausstoß bei, während Seen mit ausgeprägter Schichtung von sauerstofffreiem Tiefenwasser dagegen wenig Methan ausstoßen. Bisher ging man davon aus, dass in den geschichteten Seen dieselben Methanabbau-Prozesse ablaufen wie im Meer. Jetzt zeigt eine soeben publizierte Studie aus dem Tessiner Cadagno-See, dass der Methanabbau im Süßwasser anders abläuft.

Der Lago Cadagno im Schweizer Kanton Tessin ist ein geschichteter Bergsee. In bis zu zehn Metern Tiefe reicht das sauerstoffhaltige Frischwasser, darunter liegen sauerstofffreie Schichten. Ein Team von Forschern der Eawag in der Schweiz und des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen wies im Lago Cadagno in der sauerstofffreien Schicht zwar einen fast vollständigen Methanabbau nach, fand jedoch weder bekannte anaerobe Methan abbauende Bakterien oder Archaeen. Hingegen enthielten die Proben aus zwölf Meter Tiefe eine reichhaltige Bakteriengemeinschaft von sauerstoffzehrenden Proteobakterien – bis zu 240 000 Zellen pro Milliliter.

„Wir fragten uns natürlich, wie diese auf Sauerstoff angewiesenen aeroben Bakterien im sauerstofffreien Wasser leben können“, sagt Erstautorin Jana Milucka vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie. Dazu haben die Wissenschaftler unter anderem das Verhalten der Bakterien in Laborversuchen getestet: Der Methanabbau setzte erst dann ein, wenn sie den Proben entweder Sauerstoff zugaben oder sie dem Licht aussetzten.

Die Forscher zogen daraus den Schluss, dass die Bakterien ihren Sauerstoff von benachbarten Kieselalgen (Diatomeen) beziehen, die ihn über Photosynthese produzieren. Analysen mit dem Fluoreszenzmikroskop zeigten, dass die Methan oxidierenden Bakterien aus der Familie der Methylokokken gemeinsam mit den Algen auftreten und so von deren Sauerstoff profitieren können.

Dank des Zusammenspiels von Algen und Bakterien gelangt das Klimagas Methan nicht in die Atmosphäre und wird noch im See abgebaut. Diese besondere Art von Methanabbau im Süßwasser war bisher nicht bekannt. „Für die Seen mit sauerstofffreien Schichten und auch für manche Bereiche in den Meeren müssen wir wohl die Lehrbücher korrigieren“, sagt Projektleiter Carsten Schubert von der Eawag.

Aerobe methanabbauende Bakterien könnten überall dort aktiv sein, wo ausreichend Licht bis zu den sauerstofffreien Tiefen vordringt. In der Schweiz ist das laut Schubert in den meisten Seen der Fall. Noch nicht veröffentlichte Untersuchungen im Rotsee bei Luzern zeigen jedenfalls denselben Ablauf. Die Forscher konzentrieren sich jetzt auf noch tiefere Seen, in denen nach ersten Untersuchungen andere Prozesse ablaufen.

Weitere Auskünfte:
CH: Carsten Schubert, Eawag: +41 58 765 2195;carsten.schuberteawag.ch
D: Marcel Kuypers, Max-Plank-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen: +49 421 2028 602; mkuypersmpi-bremen.de

oder vom Pressesprecher

Manfred Schlösser, Max-Plank-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen: +49 421 2028 704 mschloesmpi-bremen.de

Originalarbeit

Methane oxidation coupled to oxygenic photosynthesis in anoxic waters; Jana Milucka, Mathias Kirf, Lu Lu, Andreas Krupke, Phyllis Lam, Sten Littmann, Marcel MM Kuypers and Carsten J Schubert; ISME Journal (International Society for Microbial Ecology), advance online publication, February 13, 2015; doi:10.1038/ismej.2015.12;

Weitere Informationen:

http://www.mpi-bremen.de Webseite des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie

Dr. Manfred Schloesser | Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

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