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Forscher untersuchen Biodiversität der Mikroorganismen im Boden

Sie machen Böden fruchtbar, zersetzen Schadstoffe, beeinflussen Klima – und arbeiten dazu in komplexen Lebensgemeinschaften zusammen. Doch welche Mikroorganismen unter welchen Bedingungen wo zusammen finden, ist weitgehend unerforscht. In einem großangelegten Forschungsprojekt planen Bodenbiologen der Universität Hohenheim einen Stadtplan des Lebens unter unseren Füßen mit bislang unerreichter Gründlichkeit. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Forschungsprojekt SCALEMIC "Mikrobielle Lebensgemeinschaften in Grünlandböden – Biogeographie auf der lokalen und regionalen Skala" im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP1374 "Exploratorien zur funktionellen Biodiversitätsforschung" mit über 500.000 Euro – und macht es zu einem der Schwergewichte der Forschung der Universität Hohenheim.

Eine Milliarde Lebewesen wimmeln durch jeden Kubikzentimeter Boden. Und für das Auge unsichtbar entfalten sie dort große Wirkung. Dank Ihnen werden Böden fruchtbar. Sie zersetzen organische Schadstoffe und verbessern die Bodenstruktur. Sie beeinflussen den Klimawandel, indem sie klimarelevante Gase wie CO2, Lachgas oder Methan freisetzen oder binden. „Das alles ist eine Frage der Balance, ob die richtigen Mikroorganismen im richtigen Verhältnis zusammenspielen“, erklärt Prof. Dr. Ellen Kandeler von der Universität Hohenheim. Wo welche Bakterien wie zusammenleben, hängt jedoch von einer Vielzahl von Faktoren ab. „Wir schätzen, dass es auf viele Faktoren ankommt, die miteinander interagieren“, vermutet ihr Mitarbeiter Dr. Sven Marhan. Dazu gehören das jeweilige Lokalklima, Bodennutzung durch die Landwirtschaft aber auch Stoffe, die die Pflanzen vor Ort über die Wurzeln abgeben.

Details in noch nie dagewesener Gründlichkeit soll jetzt ein neues Forschungsprojekt bringen, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft mit einer halben Million Euro fördert. Mehr als 200 Kollegen/innen in ganz Deutschland sind ebenfalls an diesem Sonderforschungsprogramm der DFG beteiligt. Über 500 Bodenproben wollen sie in den kommenden drei Jahren auf ihr gesamtes Bodenleben durchleuchten.

Volkszählung per DNA-Analyse

Probennahmeschema auf einer als Pferdeweide genutzten Grünlandfläche auf der Schwäbischen Alb © Marhan/Uni.Hohenheim

Bei der Volkszählung im Boden wenden die Bodenbiologen ein indirektes Verfahren an: Von jeder Probe analysieren sie die DNA der mikrobiellen Lebensgemeinschaft. Aus den Erbgut-Schnipseln ermitteln Bioinformatiker, wie viele Bakterien von welcher Art darin gelebt haben.
„Bislang haben sich Bodenuntersuchungen auf wenige Arten von Mikroorganismen beschränkt. Mit unserem Ansatz erfassen wir fast das ganze Bodenleben einer Probe“, erklärt Prof. Dr. Kandeler. Ihre Proben nehmen die Forscher aus den drei Testgebieten des deutschlandweiten Biodiversitäts-Projektes in verschiedenen Klimaregionen in der Schwäbischen Alb, dem Hainich in Thüringen und in der Schorfheide-Chorin in Brandenburg.

„So decken wir Standorte von feucht bis trocken und von eher kühl bis relativ warm ab“, erklärt Dr. Marhan. Zu jeder Probe erfassen die Bodenbiologen bis zu 30 Standortfaktoren: Darunter Feuchtigkeit und pH-Wert des Bodens, ob der Standort gedüngt wird, oder nicht und – erstmals – welche Pflanzenarten dort wachsen und wie diese das Bodenleben beeinflussen. Auf einer extensiv genutzten Grünlandfläche auf der Schwäbischen Alb werden sie die Probennahme mehrmals wiederholen, um so den Effekt verschiedener Jahreszeiten zu erfassen.

Ein Bodenstadtplan der Mikrogesellschaft

Wie komplex ihr Vorhaben ist, hat den beiden ein dreijähriges Vorprojekt gezeigt, bei dem sie schon einmal in der gleichen Region Bodenproben nahmen. „Damals haben wir nur etwa 10 Standortfaktoren erfasst. Doch die Auswertung zeigte, dass wir damit noch wenig Aussagen über das Zusammenleben im Boden treffen können.“ Ihr Ziel: Den Zusammenhang zwischen der Gemeinschaft der Mikroorganismen im Boden und Standortfaktoren auf der regionalen Skala, die Gebiete von 20 km mal 30 km Kilometer umfasst. „Es ist Grundlagenforschung – aber sie kann durchaus von direktem Nutzen sein“, kommentiert Prof. Dr. Kandeler.
Bislang sei unbekannt, wie viel Verlust an Biodiversität ein Boden verträgt, bevor er seine Funktion nicht mehr erfüllen kann.

Auch medizinisch könnte die Bodendiversität von Interesse sein: „Bodenorganismen bilden ein großes genetisches Reservoir, dass Chancen für neue Antibiotika oder viele andere Medikamente bietet“, erklärt Dr. Marhan.
Das einzigartige Projekt sehen die Bodenkundler deswegen vor allem als eines an: Eine wichtige Investition in die Zukunft. Fast 31 Mio. Euro an Drittmitteln akquirierten Forscher der Universität Hohenheim im vergangenen Jahr. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem Drittmittelvolumen von mindestens einer viertel Million Euro bzw. 125.000 Euro in den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/pm/forscher-untersuchen-biodiversitaet-der-mikroorganismen-im-boden