Symbiotische Bakterien können Biomasse aus chemischer Energie erzeugen
Offenbar können sie auch Stickstoff fixieren. Das bedeutet Stickstoffgas so umwandeln, dass daraus ein Nährstoff für die Meeresbewohner entsteht.
Mikrobiologin Jillian Petersen und ihre Kollegen von der Universität Wien und dem Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie entdeckten diese Mikroben auf Mondmuscheln und Fadenwürmern, die in Küstengewässern auf der ganzen Welt leben. Es handelt sich dabei um sogenannte chemosynthetische Bakterien. Diese können Biomasse, in diesem Fall organischen Stickstoff, ganz ohne Sonnenlicht und nur aus chemischer Energie erzeugen. Dazu wandeln sie den gasförmigen Stickstoff so um, dass andere Lebewesen ihn nutzen können – beispielsweise um Zellbestandteile wie Proteine und DNS herzustellen.
Mithilfe von molekularbiologischen und biochemischen Methoden fanden die Forscher heraus, dass die Bakterien der Würmer und Muscheln über alle Gene verfügen, die zur Stickstofffixierung erforderlich sind und diese auch entsprechend nutzen. „Diese Entdeckung kam wirklich überraschend – denn die Bakterien können vermutlich auch Stickstoff aus ihrer Umgebung aufnehmen und den Stickstoffabfall ihrer Wirte wiederverwerten“, sagt Petersen. „Sie müssten ihn also gar nicht aufwendig aus Stickstoffgas fixieren.“
Neben Forscherinnen und Forschern aus Wien und Bremen waren auch die Universität Montpellier, die Universität Calgary, und das Hydra-Institut in Italien an dem Projekt beteiligt. „Den Großteil unserer Feldarbeit haben wir am Hydra-Institut in Elba durchgeführt“, erklärt Ulisse Cardini, Wissenschaftler in Petersens Team. „Zudem durften wir Proben von Nicolas Higgs vom Plymouth University Marine Institute und von John Taylor vom Natural History Museum in London nutzen. So konnten wir diese Gene für die Stickstofffixierung in Muscheln aus verschiedensten Regionen auf der ganzen Welt untersuchen – und fanden sie fast überall! Die Fähigkeit, Stickstoff zu fixieren, scheint in diesen symbiotischen Bakterien also weit verbreitet zu sein“, fasst Cardini zusammen.
An Land ist diese Form der biologischen Stickstoffversorgung seit langer Zeit bekannt und wird von Landwirten als Alternative zu chemischen Düngemitteln eingesetzt. Hier sind es Hülsenfrüchte, die ein eingebautes biologisches Düngesystem haben: Bakterien auf den Hülsenfrüchten fixieren Stickstoff, den sie an ihren Wirt und die Erde abgeben. Die aktuellen und in der Fachzeitschrift ,Nature Microbiology' veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen nun, dass einige Meeresbewohner im Laufe der Evolution ein ähnliches System entwickelt haben, um nutzbaren Stickstoff herzustellen.
Als nächstes wollen die Forscher herausfinden, ob die Meeresbakterien nicht nur ihren Wirt mit Stickstoff ernähren, sondern auch dabei helfen, den Ozean zu düngen.
27.10.2016
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