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Bakterien als Ökosystem-Ingenieure

Erstmalig gelang Bremer Wissenschaftlern des MARUM der Nachweis, dass Bakterien eine Schlüsselrolle bei der Bildung von phosphorhaltigen Mineralien im Meeresboden zukommt und sie somit den Kreislauf dieses wichtigen Nährstoffs im Meer entscheidend beeinflussen. Dies unterstreicht die große Bedeutung dieser Mikroorganismen für das Ökosystem.

Mikroskopische Aufnahme der Bakterien Thiomargarita. Im Radiogramm im unteren Bild werden die Zellen sichtbar, die radioaktiv markierte Phosphatmoleküle aufgenommen haben. © MARUM

Im Meerwasser kommt das Element Phosphor als Phosphat vor. Es wird durch Flüsse oder gebunden an Staubpartikel in die Ozeane eingetragen und diesen durch die Bildung phosphorhaltiger Minerale im Meeresgrund wieder entzogen. Dass bestimmte Schwefelbakterien den Prozess der Mineralbildung antreiben und verstärken, vermutete vor einigen Jahren schon die Bremer Biologin Dr. Heide Schulz-Vogt. Diese Annahme konnte nun ein Team um MARUM-Wissenschaftler Dr. Tobias Goldhammer experimentell beweisen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Geoscience.

Schwefelbakterien halten das Ökosystem in Balance

Der MARUM-Wissenschaftler Dr. Tobias Goldhammer bei der Arbeit auf dem Forschungsschiff © Volker Diekamp: MARUM

Mit ihren Versuchen konnten Goldhammer und Kollegen aufdecken, dass Schwefelbakterien, die in den oberen Zentimetern des Meeresbodens leben, mehr Phosphat aufnehmen als sie eigentlich benötigen. Für die Untersuchungen verwendeten sie Sedimentproben aus einem Gebiet vor der namibischen Küste, das durch seinen hohen Nährstoffgehalt als eines der produktivsten Meeresgebiete der Welt gilt. „In diesen Auftriebsgebieten wird extrem viel organisches Material gebildet, das zum Meeresboden absinkt und von Bakterien zersetzt wird. Dabei verbrauchen sie so viel Sauerstoff, dass die Wasserschicht direkt über dem Meeresboden zeitweise sauerstofffrei ist“, erläutert Projektleiter Matthias Zabel, ebenfalls vom Bremer MARUM.

Um für diese sauerstoffarmen Zeiten vorzusorgen, speichern die Bakterien Energie, indem sie lange, phosphorhaltige Molekülketten herstellen. Wenn sie das Phosphat wieder von den Ketten abspalten, wird die gespeicherte Energie freigesetzt. Das abgespaltene Phosphat geben die Bakterien an das Sediment ab, wo es mit Kalzium das Mineral Apatit bildet. „Durch die Verwendung von radioaktiv markierten Phosphatmolekülen haben wir diese Stoffwechselpfade sichtbar gemacht“, beschreibt Timothy Ferdelman den am Max-Planck Institut durchgeführten Nachweis. „Es ist faszinierend zu sehen, dass kleinste Organismen wie Bakterien eine so zentrale Rolle in den globalen Stoffkreisläufen spielen. Die Schwefelbakterien wirken als ´Ökosystem-Ingenieure´, indem sie dem System Phosphat in großen Mengen entziehen und es so in Balance halten“, so Tobias Goldhammer.

Das Element Phosphor

Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff für alle Lebewesen. Phosphorverbindungen spielen eine entscheidende Rolle beim Aufbau von Zellen sowie beim Informations- und Energietransfer innerhalb einer Zelle. Ein Mangel an Phosphor in einem Ökosystem kann somit Wachstum und Vorkommen der Organismen begrenzen. Aber auch ein Phosphorüberschuss kann das Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringen. Wird Phosphat aus Düngemitteln in Gewässern angereichert, kann dies zur sogenannten Eutrophierung führen, wie es beispielsweise derzeit anhand des explosiven Algenwachstums in der Ostsee beobachtet werden kann. „Es ist möglich, dass wir hier einen wichtigen, natürlichen Rückkopplungsmechanismus erkannt haben, der die Eutrophierung mariner Küstengewässer verhindern könnte“, ergänzt Volker Brüchert, Professor für Biogeochemie an der Universität Stockholm.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/pm/bakterien-als-kosystem-ingenieure