Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hauptproduzenten für Methan im Reisfeldboden entdeckt

12.08.2005


Marburger Max-Planck-Forscher identifizieren Mikroorganismen, deren Methanausstoß das globale Klima beeinflusst


Reisfelder auf den Philippinen. Batad, ein kleines Dorf inmitten von Reisfeldern, liegt im Norden von Luzon, Philippinen. Diese Gegend ist bekannt für ihre kunstvollen Reisterrassen und wird von vielen Touristen besucht. Bild: Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie



Für etwa 10 bis 25 Prozent der weltweiten Methan-Emissionen sind Mikroorganismen in den Böden gefluteter Reisfelder verantwortlich. Der Kohlenstoff für das Methan stammt hauptsächlich aus Wurzeln und Pflanzenresten. Doch bisher war wenig über jene Mikroorganismen bekannt, die an dem Kohlenstoff-Kreislauf im Reisfeldboden beteiligt sind. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg haben jetzt eine spezielle Gruppe von Archaea-Bakterien als Hauptlieferanten des Methans aus Reisfeldern identifiziert. Der Stoffwechsel dieser Bakterien-Gruppe ist offenbar von globaler Bedeutung für das Klima auf der Erde (Science, 12. August 2005).



Methan ist nach Kohlendioxid das zweitwichtigste Treibhausgas. Seine Konzentration in der Atmosphäre nimmt aufgrund menschlicher Aktivitäten immer weiter zu. Neben natürlichen Feuchtgebieten sind vor allem geflutete Reisfelder wichtige Quellen, die bis zu einem Viertel des Methanhaushalts in der Atmosphäre liefern. Dieses Methan wird in den gefluteten Böden von einer komplexen Gemeinschaft von Mikroorganismen gebildet, die gemeinsam organisches Material abbauen. Am Ende dieses komplexen Abbauprozesses stehen die so genannten methanogenen Archaea ("Archaebakterien"). Diese bilden Methan, indem sie entweder Acetat zu Methan und Kohlendioxid spalten oder Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Methan reduzieren. Aus beiden Prozessen beziehen die Archaea ihre Lebensenergie. Acetat und Wasserstoff stammen aus dem Abbau von organischem Material, der von bakteriellen Gärungsorganismen geleistet wird.

Einen großen Teil des organischen Materials im Boden machen Wurzeln aus. Etwa 30-60 Prozent der Netto-Photosynthese der Pflanzen gelangt in die Wurzeln, und davon werden etwa 40-90 Prozent in den Boden ausgeschieden bzw. gelangen als abgestorbene Wurzeln dorthin. In den Reisfeldern sind die im Wurzelbereich lebenden Mikroorganismen von entscheidender Bedeutung für die Emission von Methan. Japanische Forscher hatten bereits gezeigt, dass in Reisfeldern bis zu 50 Prozent des emittierten Methans aus der Photosynthese der Reispflanzen stammt. Frühere Arbeiten der Marburger Forscher zeigen, dass das aus Wurzeln von Reispflanzen gebildetes Methan überwiegend durch die Reduktion von Kohlendioxid (mit Wassertoff) entsteht und dass im Wurzelbereich verschiedene Arten methanogener Archaea vorkommen. Doch welche dieser Bakterien für die Methanbildung verantwortlich sind, war bisher nicht bekannt.

Um dies herauszufinden, haben die Max-Planck-Forscher Töpfe mit geflutetem Reisfeldboden im Gewächshaus mit 13C-markierten Kohlendioxid begast, so dass die Photosyntheseprodukte der Reispflanzen ebenfalls mit dem schweren 13C-Kohlenstoffisotop markiert wurden. Wie erwartet bildete sich aus diesen schweren Photosyntheseprodukten schweres Methan, das in die Atmosphäre entweicht. Mindestens 15 Prozent dieses Methans stammte aus der Photosynthese.

Doch nicht nur das Methan sondern auch die methanbildenden Archaea wurden durch die Photosyntheseprodukte mit schwerem Kohlenstoff markiert. Dies konnten die Wissenschaftler durch die Analyse einer für die Taxonomie charakteristischen Verbindung, der ribosomalen RNA, feststellen. Hierzu haben sie die ribosomale RNA aller Bodenmikroorganismen dem durchwurzelten Boden entnommen und alle Anteile, die mit schwerem Kohlenstoff markiert waren, mittels Dichtegradienten-Zentrifugation abgetrennt. Die auf diese Weise abgetrennte schwere ribosomale RNA konnte danach molekular charakterisiert werden - durch Analyse des terminalen Restriktionslängen-Polymorphismus und durch Klonierung und Sequenzierung der ribosomalen RNA.

Dabei zeigte sich, dass nur eine bestimmte Gruppe von Archaea mit dem schweren Kohlenstoff markiert war, nämlich die so genannten Rice-Cluster-I (RC-I)-Archaea. Demnach haben diese Archaea den über die Pflanzen in Form von 13CO2 applizierten schweren Kohlenstoff eingebaut. Die RC-I-Archaea sind eine Gruppe von bislang nicht isolierten methanogenen Archaea. Interesanterweise ist es gerade diese Gruppe, die offensichtlich als Hauptproduzent von Methan in Reisfeldern fungiert.

Andere, wesentlich besser beschriebene methanogene Gruppen, wie die Methanosarcinen oder Methanobakterien, kommen zwar ebenfalls im durchwurzelten Reisfeldboden vor, sind jedoch, wie die Versuche jetzt gezeigt haben, nicht nennenswert an der Umsetzung von Photosyntheseprodukten beteiligt. Die Forscher nehmen an, dass sie stattdessen an der Umsetzung von Stroh mitwirken, das erst nach dem Umpflügen in den Reisfeldboden gelangt und dort letztendlich auch zu Methan abgebaut wird.

Von den bislang nicht isolierten und somit physiologisch wenig charakterisierten RC-I Archaea existiert zur Zeit lediglich eine Anreicherungskultur. Die Marburger Wissenschaftler sind jetzt dabei, das Genom dieser angereicherten RC-I-Archaea zu sequenzieren. Sie wollen dadurch einen besseren Einblick in die Fähigkeiten dieser für die Methanemission aus Reisfeldern wichtigen Mikrobengruppe erhalten.

Das Projekt wurde durch die Max-Planck-Gesellschaft sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Originalveröffentlichung: Yahai Lu and Ralf Conrad
In Situ Stable Isotope Probing of Methanogenic Archaea in the Rice Rhizosphere
Science, 12 August 2005

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Archaea Kohlendioxid Kohlenstoff Methan Mikroorganismus RNA Reisfeldboden Reisfelder Wurzel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Das Schweigen der Hummeln
15.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Nachhaltige Wasseraufbereitung löst Algenprobleme
26.10.2017 | SCHOTT AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte