Bodenmikroorganismen vollbringen Wunder
Der Verlust an Ammonium aus dem Boden durch die von Bodenorganismen betriebene Nitrifikation ist sowohl für die Landwirte als auch für die Umwelt äußerst aufwendig und kostspielig. Vormals dachte man, dass nur die Nitrifikation autotropher Bakterien zum Verlust von Düngemitteln auf Grundlage von Ammoniak und zur Erzeugung des potenten Luftschadstoffs und Treibhausgases (THG), Distickstoffoxid führt, das auch den Ozonabbau verursacht. Wissenschaftler haben nun aber vor kurzem einen weiteren nitrifizierenden Täter entdeckt, die autotrophen Crenarchaea (kürzlich in Thaumarchaeota umbenannt, was auf Griechisch "Wunder" bedeutet). Obgleich Archaeen schon aus Meeres- und Thermalquellenumgebungen kultiviert wurden, isolierte man bisher keine aus dem Boden. Es gibt jedoch indirekte genetische Beweise aus dem Boden, dass von Archaeen stammende Ammoniakoxidierer ihre bakteriellen Pendants in vielerlei Böden überwiegen. Das Projekt Creneco ("The role of mesophilic crenarchaea in soil nitrification") hatte das Ziel, die entsprechenden Beiträge zur Ammoniakoxidation in Böden durch Bakterien und Thaumarchaeen zu beurteilen. Die Wissenschaftler untersuchten außerdem, ob die autotrophe, im Gegensatz zur heterotrophen, Ammoniakoxidation ein gemeinsames Merkmal der Thaumarchaeen im Boden ist. Lokaler Boden der Universität Aberdeen wurde in Bezug auf Bakterien und Archaeen beurteilt. Dazu nutzte man die DNS-Fingerabdruckmethode, die Quantifizierung der ribosomalen RNA 16S (rRNA) und Archaeengene (amoA-Gene). Anstiege der rRNA-Gene und der amoA-Gene während der Nitrifikation zeigten an, dass die Ammoniakoxidation meist auf die im Boden vorhandenen Archaeen zurückzuführen war, da es auch gleichzeitig keinen Beweis für das Wachstum der bakteriellen Gemeinschaft gab. Um das Ausmaß der autotrophen Nitrifikation durch Archaeen beurteilen zu können, untersuchten die Creneco-Forscher ein Schlüsselgen - hcd - im autotrophen Pfad, das in heterotrophen Linien unbekannt ist. Es wurden geeignete Polymerase-Kettenreaktionsmarker entwickelt und in zwei lokalen Böden (einem sauren und einem neutralen) wurde eine große Menge an hcd festgestellt. Höhere Genabundanzen zum Nitrifikationszeitpunkt ergaben den Nachweis archaealer Nitrifikation. Der Einsatz von 13C-markiertem Kohlendioxid ergab außerdem, dass die Archaeen die dominanten Nitrifikanten in den Böden waren. Die Resultate von Creneco bedeuten, dass die Ammoniakoxidation durch Archaeen einen wesentlichen Teil aktueller Modelle des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs darstellen sollte. Die Forschungsergebnisse und deren Weiterverfolgung werden für viele Bereiche wie etwa die Landwirtschaft, das Gesundheitswesen und den Themenkomplex globale Erwärmung durch Stickstoffdüngerverlust, Nitratbelastung des Grundwassers sowie Treibhausgasemissionen von Bedeutung sein.