Bakterien als Ökosystem-Ingenieure

Bakterien im Meeresboden sind nicht nur wichtig für die Zersetzung von organischem Material, sie spielen auch eine Schlüsselrolle für den Phosphathaushalt des Meeres. Eine jetzt in „Nature Geoscience“ veröffentlichte Studie belegt, dass die Mikroben aktiv an der Bildung von phosphorhaltigen Mineralien im Meeresboden mitwirken und den Kreislauf dieses wichtigen Nährstoffs im Meer als eine Art „Ökosystem-Ingenieure“ entscheidend regulieren.

Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff für alle Lebewesen. Phosphorverbindungen spielen eine entscheidende Rolle beim Aufbau von Zellen sowie bei deren Informations- und Energietransfer. 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. 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.

Sauerstofffreies Sediment als Testobjekt

Dass bestimmte Schwefelbakterien den Prozess der Mineralbildung antreiben und verstärken, vermutete vor einigen Jahren schon die Bremer Biologin Heide Schulz-Vogt. Diese Annahme hat nun ein Wissenschaftlerteam des MARUM, Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, zusammen mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und der Universität Stockholm experimentell bewiesen.

MARUM-Forscher Tobias Goldhammer und seine Kollegen untersuchten für ihre Studie 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 soviel Sauerstoff, dass die Wasserschicht direkt über dem Meeresboden zeitweise sauerstofffrei ist“, erläutert Projektleiter Matthias Zabel, ebenfalls vom Bremer MARUM.

Phospat „auf Vorrat“

Die Analyse dieser Proben ergab, dass die Schwefelbakterien, die in den oberen Zentimetern des Meeresbodens leben, mehr Phosphat aufnehmen als sie eigentlich benötigen. Um für sauerstoffarme 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 Goldhammer.

Gegenmechanismus zur Eutrophierung?

„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. Nach ihrer Entdeckung wollen die Autoren der Studie nun herausfinden, welche Prozesse genau in der Bakterienzelle ablaufen und ob dieser bakteriell angetriebene Mechanismus auch in anderen Meeresgebieten stattfindet.

(MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, 03.08.2010 – NPO)