Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tübinger Geomikrobiologen entdecken, warum die Erde unter Strom steht

25.05.2010
Elektronenübertragung von Bakterien auf den Boden – Publikation in „Nature Geoscience“

Atmende Lebewesen, die Menschen eingeschlossen, aber auch viele Mikroorganismen in Böden und Sedimenten gewinnen Energie zum Leben durch Oxidation von organischem Material zu Kohlendioxid und benötigen hierzu Sauerstoff.

Das Verständnis solcher Atmungsprozesse in der Natur ist wichtig, um die Stoffkreisläufe und dadurch die Entwicklung unseres Klimas und das Umweltverhalten von Schadstoffen zu verstehen. Wie Atmungsprozesse in Böden und Sedimenten ablaufen, wo häufig kein Sauerstoff zur Verfügung steht, ist eine Frage, mit der sich Wissenschaftler intensiv beschäftigen. Geomikrobiologen vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen unter der Leitung von Prof. Andreas Kappler konnten jetzt in Zusammenarbeit mit Forschern von der University of Wisconsin (USA), der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) und der Humboldt-Universität zu Berlin der Aufklärung dieser Mechanismen ein wichtiges Puzzleteil hinzufügen.

Sie haben erstmals gezeigt, dass Mikroorganismen in Abwesenheit von Sauerstoff feste organische Bodenteilchen, sogenannte Huminstoffe, als Ersatz für Sauerstoff zur Atmung verwenden können. Die Huminstoffe werden dabei mit Elektronen beladen, die sie weitergeben – im Boden fließt Strom. Die Forschungsergebnisse werden von der Fachzeitschrift Nature Geoscience am 23.5.2010, 19 Uhr, vorab online veröffentlicht

(http://dx.doi.org/10.1038/NGEO870).

Bei der sogenannten aeroben Atmung mit Sauerstoff werden beim Abbau organischer Verbindungen zur Energiegewinnung Elektronen frei. Diese werden auf Sauerstoff übertragen, der in die Zellen aufgenommen und dort zu Wasser umgewandelt wird. Diesen Prozess kann man leicht verfolgen, wenn man beim Ausatmen die ausströmende Luft gegen ein Brillenglas oder eine Fensterscheibe bläst, wo das neugebildete Wasser zu sehen ist. Manche Mikroorganismen sind in der Lage, eine solche Atmung unter sauerstofffreien Bedingungen durchzuführen, wobei die Elektronen dann nicht auf Sauerstoff, sondern zum Beispiel auf Nitrat oder Sulfat übertragen werden. Dann wird Stickstoff beziehungsweise unangenehm riechender Schwefelwasserstoff freigesetzt – diese Prozesse laufen zum Beispiel im hauseigenen Kompost ab.

Prof. Andreas Kappler und sein Team von der Universität Tübingen konnten nun in Zusammenarbeit mit Forschern von der University of Wisconsin (USA), der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) und der Humboldt-Universität zu Berlin zeigen, dass Bakterien in Böden und Sedimenten noch ein weiteres wichtiges Reservoir an Stoffen haben, an die sie die Elektronen abgeben können, und zwar an festes organisches Material, die Huminstoffe. Sie entstehen aus abgelagerten absterbenden Pflanzen und anderen Lebewesen und stellen den größten Vorrat an organischem Kohlenstoff in Böden und Sedimenten dar. Die Mikroorganismen sind in der Lage, solche Huminstoffe zu veratmen, sie bei der Übertragung von Elektronen sozusagen als Sauerstoffersatz zu verwenden. Was den beobachteten Prozess noch bedeutender macht, ist die Tatsache, dass die Huminstoffe die Elektronen nicht behalten, sondern an die in Böden und Sedimenten enthaltenen Eisenminerale weitergeben. Sie fungieren sozusagen als Elektronenbrücke oder Elektronenshuttle zwischen den Bakterien und den Eisenmineralen. Da die Weiterleitung von Elektronen nichts anderes ist als fließender Strom, leiten die Huminstoffe Strom von den Bakterien zu den Eisenmineralen. Solche Prozesse waren bisher nur bei gelösten organischen Verbindungen bekannt, nicht aber von festen organischen Bodenteilchen.

Diese Beobachtungen haben weitreichende Implikationen für das Funktionieren von Boden-Ökosystemen, erlauben sie doch einen Elektronentransfer und damit Stromfluss über große Strecken hinweg über ein Netzwerk von Huminstoffen. Hinweise auf ein solches leitendes Netzwerk in Böden und Sedimenten wurden kürzlich von einem dänischen Forscherteam ebenfalls in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, die Wissenschaftler konnten ihre Beobachtung jedoch nicht erklären. In ihrer neuen Veröffentlichung liefern nun die Tübinger Wissenschaftler eine mögliche Erklärung.

Nähere Informationen:

Roden, E.; Kappler, A.; Bauer, I.; Jiang, J.; Paul, A; Stoesser, R.; Konishi, H.; Xu, H. (2010) Microbial reduction of solid-phase humics and electron shuttling to Fe(III) oxide. Nature Geoscience, in press.

DOI 10.1038/NGEO870

Prof. Dr. Andreas Kappler
Eberhard Karls Universität Tübingen
Arbeitsgruppe Geomikrobiologie
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften
Sigwartstraße 10
72076 Tübingen
Tel. 0 70 71/2 97 49 92
Fax: 0 70 71/29 50 59
E-Mail: andreas.kappler [at] uni-tuebingen.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de
http://www.ifg.uni-tuebingen.de/departments/zag/geomicrobiology/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Neues Forschungsspecial zu Meeren, Ozeanen und Gewässern
18.01.2017 | Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

nachricht Wasser - der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise