Kurz & Knapp
  • Durch die Flüsse gelangen in die küstennahen Meere viele Nährstoffe, darunter überschüssige Stickstoffverbindungen. Sie werden durch den natürlichen Stickstoffkreislauf abgebaut.
  • Marine Mikroben verwandeln hierbei Ammoniak in mehreren Schritten zu Nitrat. Doch bisher war unklar, welche Bakterienarten die zentralen Akteure des Stickstoffkreislaufs in den küstennahen Meeren sind.
  • Forschende vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie haben entdeckt, dass die sogenannten Nitrospinae die wichtigsten Bakterien für den zweiten Prozess der Nitrifikation im Meer sind.

Wissenslücke im marinen Stickstoffkreislauf geschlossen

Ein Bremer Mikrobiologen-Team hat den Stickstoffkreislauf im küstennahen Meer im Golf von Mexiko untersucht. So wurden die mikrobiellen Hauptakteure für die Umwandlung der Stickstoffverbindung Ammoniak zu Nitrat identifiziert.

Stickstoff ist ein lebenswichtiger Nährstoff. Aber er kann dem Ökosystem auch schaden, wenn er im Überfluss vorhanden ist. Ein funktionierender Stickstoffkreislauf ist für Ökosysteme, ob an Land oder im Meer, daher entscheidend. Wie der Prozess im küstennahen Meer abläuft, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie genauer untersucht.

In diesen marinen Regionen werden zusätzlich Nährstoffe aus den Flüssen ins Meer gespült. Ein Team um Katharina Kitzinger vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie wollte wissen, wie der Stickstoffkreislauf hier funktioniert und vor allem, welche Bakterien das Recycling übernehmen. Im Fokus stand die sogenannte Nitrifikation, also die Umwandlung der Stickstoffverbindung Ammoniak in Nitrit und dann in Nitrat.

Nitrospinae bestimmen Abbauprozess

Bekannt ist, dass die bakterielle Umwandlung vom Ammoniak in Nitrat in zwei Schritten erfolgt. Zunächst werden Ammoniak-oxidierende Archaea aktiv. Dann übernehmen die Nitrit-Oxidierer: Bakterien wie Nitrospinae verwandeln Nitrit in Nitrat. Nitrospinae sind den Archaea jedoch zahlenmäßig weit unterlegen, es gibt etwa zehn Mal weniger. Lange vermuteten Mikrobiologen daher, dass es noch weitere mikrobielle Akteure geben müsse.

Wie das MPI-Team herausfand, sind die Nitrospinae dennoch die Schlüsselspieler im zweiten Schritt des Stickstoffkreislaufs in den Meeren.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Nitrospinae deutlich aktiver sind und sehr viel schneller wachsen als die Ammoniak-oxidierenden Archaea. Sie sind somit deutlich effizienter“, sagt Kitzinger.

Bakterien profitieren voneinander

Die Forscher vermuten, dass die „hohe Sterberate“ der Nitrospinae ein Grund für die zahlenmäßige Unterlegenheit ist. Zudem haben die Forschenden aufgedeckt, dass die Archaea und die Nitrospinae in einem symbiotischen Verhältnis zueinander stehen.

Die Daten für die Studie wurden im Golf von Mexiko gewonnen, wo der Nährstoffeintrag durch Flüsse wie den Mississippi sehr hoch ist. Da sich die mikrobielle Gemeinschaft beim Stickstoffkreislauf weltweit ähnelt, könnten die Ergebnisse der Studie auch auf andere Meeresregionen übertragen werden.

In Kooperation mit bioökonomie.de