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Bodenökologie

Stickstoffkreislauf von Archaea dominiert

Nicht Bodenbakterien, sondern bestimmte Archaea-Arten dominieren wohl den Stickstoffkreislauf der Biosphäre und bereiten das wichtige Nährelement pflanzengerecht auf, so das Ergebnis von Bodenuntersuchungen durch Christa Schleper von der Universität Bergen und ihrer Kollegen.

Sie fanden in einzelnen Bodentypen bis zu 3000-fach höhere Mengen eines bestimmten Archaea-Gens als die des entsprechenden Bakterienpendants, die beide eine Untereinheit des Schlüsselenzyms Ammonium-Monooxygenase (amoA) kodieren. Bestätigt wurden diese quantitativen Unterschiede auch durch das parallel ebenfalls hoch konzentriert vorkommende Crenarchaeol – einem ausschließlich in bestimmten Archaea vorkommenden Lipid – sowie der im Boden tatsächlich gemessenen Aktivität der nitrifizierenden Archaea.

In allen Proben der zwölf Bodentypen aus verschiedenen Regionen Europas überstieg die Menge der amoA der Archaea jene der Bakterien – unabhängig von der Entnahmetiefe des Substrats oder Art und Ausmaß künstlicher Düngung. In ungedüngten Böden nahm zudem die Zahl der nitrifizierenden Bakterien mit zunehmender Tiefe stetig ab, während die ihrer Kollegen mehr oder weniger gleich blieb. Diese Archaea dürften daher an ein breiteres Spektrum an Umweltbedingungen angepasst sein, so die Forscher und das macht sie wohl zur zahlenmäßig wichtigsten Fraktion bei der Stickstoffaufbereitung.

Stickstoff ist ein essenzielles Nährelement, da es Bestandteil von Aminosäuren in Eiweißen, der DNA oder von Enzymen ist. Allerdings befinden sich ursprünglich 99 Prozent des Elements in der Erdatmosphäre und damit unerreichbar für die meisten Lebewesen. Allenfalls spezielle Bakterien können ihn direkt aufnehmen und verwerten. Erst über Umwege – etwa die Symbiose von Pflanzen mit bestimmten Knöllchenbakterien an ihren Wurzeln – wird er für Pflanze, Tiere und letztlich auch den Menschen verfügbar. Neben der Direktgewinnung aus der Luft spielt auch noch der Prozess der Nitrifikation eine große Rolle: Die in abgestorbenen organischen Substanzen enthaltenen Stickstoffverbindungen werden im Boden zu Ammonium abgebaut, das wiederum von frei im Boden und Wasser lebenden Bakterien zur Energiegewinnung genutzt wird, so der bisher gängige Kenntnisstand.

Nach dieser These verarbeiten spezialisierte Nitritbakterien diesen Ammonium energiegewinnend zu Nitrit, das die Mikroben aus ihrem Stoffwechsel ausscheiden. Anschließend nimmt sich eine weitere Helfer-Fraktion, die Nitratbakterien, dieses Nitrits an und oxidiert es weiter zu Nitrat, das wiederum pflanzenbekömmlicher ist und von der Vegetation leicht als mineralischer Stickstoffdünger aufgenommen sowie verarbeitet werden kann.
18.08.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 18.08.2006

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