Bakterien als Ökosystem

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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
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
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Der MARUM-Wissenschaftler Dr. Tobias Goldhammer bei der Arbeit auf dem Forschungsschiff © Volker Diekamp:
MARUM
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.
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Pressemitteilung
04.08.2010
Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie - MARUM (02.08.2010)
Weitere Informationen
Dr. Tobias Goldhammer
Marine Geochemistry
MARUM Bremen
Tel.: 0421 218 65116
E-Mail: goldhammer(at)uni-bremen.de
Dr. Volker Brüchert
Dept. of Geological Sciences
University of Stockholm
Tel.: 0046 8164755
E-Mail: volker.bruchert(at)geo.su.se
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie MARUM
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