Schlüsselorganismus für die Steuerung der Stickstoffumwandlung in sauren Böden nachgewiesen

Eine Gruppe von Thaumarchaeen in sauren Bodenmilieus kann Ammonium zu Nitrat umwandeln. Mit dieser Erkenntnis haben die Wissenschaftler um Dr. Marion Engel, Dr. Brigitte Hai und Prof. Dr. Michael Schloter vom Helmholtz Zentrum München gemeinsam mit Kooperationspartnern von der Universität Aberdeen einen Widerspruch gelöst, der die Wissenschaft seit fast 60 Jahren beschäftigte: Die Oxidation von Ammonium in Böden mit tiefem pH war immer wieder beobachtet und gemessen worden, doch konnten keine entsprechenden Organismen identifiziert werden.

Mit den neuen Ergebnissen wird der Beitrag von Archaeen zur Umsetzung von Stickstoff in Böden unterstrichen. „Diese Entdeckung ist uns mit Hilfe von Hochleistungssequenzierung gelungen und ein wichtiger Schritt, um das Ökosystem Boden zu verstehen“, sagt Schloter. Allerdings ist noch nicht klar, welche physiologischen Prozesse das Überleben im sauren Milieu ermöglichen: „Von der Aufklärung dieser Frage erhoffen wir uns wichtige Hinweise, wie wir die Nutzung landwirtschaftlicher Böden effektiver und vor allem nachhaltiger gestalten können,“ so Schloter.

Der Nachweis der Thaumarcheen gelang direkt aus Umweltproben über ein am Helmholtz Zentrum München etabliertes hochspezifisches Sequenzierverfahren, denn im Labor können die Bakterien kaum kultiviert werden.

Die Rolle der Archaeen bei der Ammoniumoxidation in Böden ist erst vor wenigen Jahren entdeckt worden (Leininger S. et al., Nature, 2006). An der Entdeckung hatte die von Michael Schloter geleitete Abteilung Umweltgenomik maßgeblichen Anteil. Anfang dieses Jahres war es Kollegen der Universität Wien schließlich gelungen, erstmals Ammonium-oxidierende Archaeen aus Böden zu isolieren. Die Sequenzierung der entsprechenden Isolate erfolgte durch die Abteilung Umweltgenomik (Thourna M. et al., PNAS, 2011).

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Hintergrund
Bei der Nitrifikation wird Ammonium, das bei der Zersetzung von abgestorbener Biomasse entsteht, über Nitrit zu Nitrat oxidiert. Verschiedene Mikroorganismen sind an diesem Umsetzungsprozess beteiligt, neben Bakterien auch Archaeen. Der Prozess mobilisiert Stickstoff im Boden. Unter ungünstigen Bedingungen kann das gebildete Nitrat ins Grundwasser transportiert oder von Mikroorganismen in Lachgas umgewandelt werden, das dann als Treibhausgas zur Erwärmung der Erdatmosphäre beiträgt. Neben diesen negativen Folgen für die Umwelt steht als weitere Konsequenz weniger Stickstoff als Nährelement für das Pflanzenwachstum zur Verfügung.

Autotrophe Organismen gewinnen Energie aus Licht oder aus der Oxidation anorganischer Moleküle. Heterotrophe Organismen sind zur Energiegewinnung auf organische Materialien angewiesen.

Original-Publikation:
Gubry-Rangin C. et al. (2011): Niche specialization of terrestrial archaeal ammonia oxidizers. PNAS early 2012 | DOI: 10.1073/pnas.1109000108
Link zur Fachpublikation (http://www.pnas.org/content/early/2011/12/07/1109000108.abstract?etoc)
Leininger S. et al. : (2006) : Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soil. Nature 442(7104):806-9

Thourna M. et al. (2011): Nitrososphaera viennensis, an ammonia oxidizing archaeon from soil, PNAS | DOI: doi/10.1073/pnas.1013488108

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