Laut einer Studie können N2-fixierende Bakterien dem Sauerstoffmangel in Gewässern entgegenwirken
Der Sauerstoffmangel in den Ozeanen ist eine heiß diskutierte Folge des Klimawandels. Aber die Entwicklung der Stickstoffbilanz ist ebenso wichtig. Einerseits findet man Stickstoff in Exkrementen, Düngemitteln und fossilen Brennstoffen: Letztendlich finden diese ihren Weg in Flüsse und Ozeane, bieten Algen Nährstoff und entziehen den Gewässern Sauerstoff, wenn diese Algen absterben und auf den Boden sinken. Andererseits bietet Stickstoff dem Phytoplankton Nährstoff – er ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Nahrungskette des Ozeans. Dr. Carolin Löscher, Assistenzprofessorin an der Süddänischen Universität und Koordinatorin des Projektes NITROX (Nitrogen regeneration under changing oxygen conditions), ist davon überzeugt, dass die Erforschung der wenigen Bakterien, die Distickstoffgas (N2) fixieren können, entscheidend zum Verständnis der Entwicklung der Ozeane beitragen wird: „Wir wissen noch immer nicht viel über diese Bakterien, ihren Beitrag zur Stickstoffbilanz des Ozeans und wie sie Algen mit Stickstoff ernähren.“ Forscher glaubten in der Vergangenheit, dass diese N2-Fixierer nur in nährstoffarmem Oberflächenwasser vorkamen, aber Dr. Löscher konnte sie im Jahr 2014 auch in sauerstoffarmen tiefen peruanischen Gewässern nachweisen. „Ich schöpfte den Verdacht, dass die N2-Fixierung tatsächlich eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle des Sauerstoffentzugs in Gewässern in Sauerstoff-Minimum-Zonen spielt. Das würde bedeuten, dass die Ursache für die N2-Fixierung in diesen Gewässern möglicherweise auch den Sauerstoffentzug der Ozeane insgesamt steuert“, erklärt Dr. Löscher. Dr. Löscher zielte mit dem NITROX-Projekt darauf ab, diese Hypothese zu bestätigen. Sie plante, mithilfe von spezialisierten molekulargenetischen Methoden herauszufinden, welche Mikroben an der N2-Fixierung in Sauerstoff-Minimum-Zonen beteiligt sind, sowie das Ausmaß dieses Vorgangs zu messen, und sie erforschte dessen Regulation und Reaktion auf Sauerstoffverlust. „Unsere vielleicht wichtigste Entdeckung war eine Feedback-Regulation zwischen N2-Fixierung, der primären Produktion durch Algen und Cyanobakterien und deren Zersetzung, nachdem sie absterben und aus dem Oberflächenwasser absinken“, erklärt Dr. Löscher. „Das bedeutet, dass sauerstoffarme Bedingungen der N2-Fixierung zuträglich sind, was wiederum Algenwachstum fördert und zu Sauerstoffentzug führt.“ Dieser Vorgang würde theoretisch dazu führen, dass sauerstoffarme Gewässer sich immer weiter ausbreiten. Aber das ist nicht der Fall, wie NITROX zeigt: Tatsächlich gebietet die extreme Anoxie wegen der Bildung von Schwefelwasserstoff der N2-Fixierung Einhalt und verhindert so von vornherein dessen Produktion. „Infolgedessen wird kein weiteres organisches Material produziert und exportiert und der Sauerstoffverbrauch in tiefen Gewässern nimmt ab. Dies ist der erste Beleg für einen Feedback-Zyklus, der von Bakterien gesteuert wird, die den Folgen des Klimawandels entgegenwirken können – insbesondere dem Sauerstoffentzug aus dem Ozean“, schwärmt Dr. Löscher. Die Existenz eines solchen Mechanismus, der dem Klimawandel entgegenwirken kann, ist eine bahnbrechende Entdeckung und demonstriert erneut die Selbstregulierungsfähigkeiten des Planeten. Zwar werden dadurch die Folgen des vom Menschen verursachten Klimawandels nicht ausgeschlossen, aber Dr. Löscher hält die Ergebnisse dennoch für ein Aha-Erlebnis. Obwohl das NITROX-Projekt nun abgeschlossen ist, hat Dr. Löscher vor, ihre Forschung mit einem Fokus auf andere Regionen mit Sauerstoff-Minimum-Zonen fortzusetzen. „Ich würde gerne verifizieren, ob dies ein globales oder allgemeines Phänomen sein könnte. Darüber hinaus fand ich Indizien für zwei weitere mikrobielle Feedback-Schleifen, die die Ausweitung von Sauerstoff-Minimum-Zonen eindämmen könnten, und ich werde ein groß angelegtes Projekt im Rahmen der Starting Grants des Europäischen Forschungsrates beantragen, das die gebündelte Kraft dieser Feedback-Schleifen erforschen soll“, schließt sie.
Schlüsselbegriffe
NITROX, Algen, Stickstoff, Sauerstoffentzug, Klimawandel, Bakterien, N2-Fixierer, Distickstoff
