Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbst Bakterien vermeiden den Ausstoß des Treibhausgases Methan

28.02.2014

Geomikrobiologen messen dem Humus im Boden große Bedeutung für die bakterielle Atmung und das Klima bei

Methan ist ein Treibhausgas, das dem Klima 25 Mal so stark zusetzt wie Kohlendioxid. Es entsteht unter anderem in Böden, wenn den Bodenbakterien kein Sauerstoff zur Verfügung steht. Solche Bedingungen finden sich zum Beispiel in vielen Mooren, die dafür jedoch reich an Zersetzungsprodukten von Pflanzen und Lebewesen sind, den sogenannten Huminstoffen.

Die Geomikrobiologen Professor Andreas Kappler und Dr. Annette Piepenbrock vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen haben zusammen mit den Umweltchemikern Dr. Michael Sander und Laura Klüpfel von der ETH Zürich im Rahmen eines von Seiten der ETH geleiteten Projekts ein solches Stoffwechselsystem genauer untersucht.

Sie stellten fest, dass die Bodenbakterien unter Sauerstoffmangel in weit größerem Ausmaß als bisher bekannt Huminstoffe in ihren Stoffwechsel einbeziehen können. Dies kommt dem Klima zugute, weil dabei kein Methan entsteht. Nach Schätzungen der Forscher lässt sich in Mooren über diesen Weg die Bildung von rund 3000 Kilo Methan pro Quadratkilometer und Jahr verhindern – ein bedeutender Betrag.

Um Energie für ihre Lebensprozesse zu gewinnen, verbrauchen Bakterien, wie Menschen auch, bevorzugt Sauerstoff, weil damit sehr viel Energie in der Zelle produziert werden kann. Der Stoffwechsel von Bodenbakterien ist jedoch sehr viel flexibler als der menschliche: Wenn wie häufig in Mooren vorübergehend kein Sauerstoff verfügbar ist, verwenden die Bakterien stattdessen Kohlendioxid.

Dieses wird dabei zu Methan umgesetzt. Bereits seit etwa 20 Jahren ist Wissenschaftlern bekannt, dass die Bodenbakterien als Ersatz für Sauerstoff auch Huminstoffe verwenden können. In ihrer aktuellen Studie stellen die Forscher aus Tübingen und Zürich fest, dass die Huminstoffe eine viel größere Rolle spielen als bisher angenommen. „Die Mikroorganismen ziehen die Huminstoffe dem Kohlendioxid sogar vor, so dass gleichzeitig die Methanbildung unterdrückt wird“, fasst Professor Andreas Kappler die Ergebnisse zusammen.

Alle Atmungsprozesse der Lebewesen zur Gewinnung von Energie beruhen chemisch gesehen auf der Verschiebung von Elektronen. Die Bakterien benötigen einen Stoff, auf den sie ihre Elektronen übertragen können. Die Forscher konnten nun erstmals nachweisen, dass die Nutzung der Huminstoffe für diesen Zweck völlig reversibel ist. Das bedeutet, dass die Elektronen, die atmende Bakterien auf die Huminstoffe übertragen, wieder abgegeben werden können – zum Beispiel an Sauerstoff, sobald dieser wieder verfügbar ist. Die Huminstoffe stehen anschließend erneut als Elektronenempfänger bereit.

„Die Huminstoffe können also ähnlich wie eine Akku-Batterie mit Elektronen aufgeladen und wieder entladen werden“, erklärt Kappler. Deshalb seien Huminstoffe besonders in solchen Systemen nützlich, in denen der Sauerstoffgehalt regelmäßig schwankt wie in Mooren mit jahreszeitlich wechselndem Wasserstand. Unterhalb des Wasserspiegels ist der Sauerstoffnachschub begrenzt, und es stellen sich schnell sauerstofffreie Bedingungen ein. Beim Sinken des Wasserspiegels werden die frei werdenden Bereiche erneut mit Sauerstoff versorgt.

Aufgrund der durchschnittlichen Höhe der Wasserspiegelschwankungen und der Huminstoffkonzentrationen in Mooren berechneten die Tübinger und Züricher Forscher, dass etwa 9x10(hoch 29) Elektronen pro Jahr von den Huminstoffen in einem Quadratkilometer Torfmoor aufgenommen werden können. Dies entspricht etwa 3000 Kilo Methan, dessen Bildung dadurch unterdrückt wird. Die neuen Studienergebnisse tragen zum Verständnis der natürlichen biogeochemischen Stoffkreisläufe bei, die in Klimamodellrechnungen einbezogen werden.

Originalpublikation:
Laura Klüpfel, Annette Piepenbrock, Andreas Kappler, Michael Sander: Humic substances as fully regenerable terminal electron acceptors in recurrently anoxic environments. Nature Geoscience, Band 7, Seiten 195-200. Online-Veröffentlichung 27. Februar 2014, doi: 10.1038/ngeo2084

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Kappler
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften/ Arbeitsgruppe Geomikrobiologie
Sigwartstraße 10 ∙ 72076 Tübingen
Tel. +49 (7071) 29-74992
andreas.kappler[at]uni-tuebingen.de

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen
22.08.2017 | Justus-Liebig-Universität Gießen

nachricht Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen
18.08.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen