Urtümliche Bakterien aus der Gruppe der Archaea sind die Schlüsselorganismen bei der Oxidation von Ammonium in Böden. Dies hat jetzt ein internationales Wissenschaftler-Team in einer neuen Studie entdeckt. Bisher wurde angenommen, dass hauptsächlich höher entwickelte, so genannte Gram-negative Bakterien für diesen Stoffwechselschritt verantwortlich sind.
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Die neuen Erkenntnisse werden nach Angaben der Forscher um Michael Schloter vom GSF – Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit für die Landwirtschaft von großer Bedeutung sein. Denn nun können die Wissenschaftler nach Wegen suchen, um die Aktivität der ammoniumoxidierenden Archaea durch gezielte Maßnahmen zu stimulieren und so den Einsatz von Nitrat-haltigen Düngern zu reduzieren.
Schlüsselschritt im globalen Stickstoffkreislauf
Die Ammoniumoxidation ist der erste Schritt der Nitrifikation, ein Schlüsselschritt im globalen Stickstoffkreislauf, der zur mikrobiellen Bildung von Nitrat führt. Das durch Destruenten aus abgestorbener Biomasse frei gesetzte Ammonium wird durch nitrifizierende Bakterien zu Nitrat oxidiert. Dazu ist Sauerstoff aus der Umgebung erforderlich. Dieser Vorgang ist im Boden durchaus erwünscht, denn durch ihn entsteht aus Ammonium das für Pflanzen als Nährelement wichtige Nitrat.
"Wir untersuchten die Menge des Gens amoA, das für eine Untereinheit des Schlüsselenzyms Ammoniummonooxygenase (amoA) codiert", erklärt Schloter in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature die Vorgehensweise der Forscher bei der Suche nach den ammoniumoxidierenden Mikroorganismen. "Als Material dienten uns dabei Nukleinsäuren, die aus Böden verschiedener Klimazonen bzw. mit unterschiedlicher Nutzung isoliert wurden", so Schloter weiter.
Übereinstimmend wurden in allen Proben amoA-Genkopien von Crenarchaeota häufiger gefunden als bakterielle amoA-Gene. Die Induktion des entsprechenden Stoffwechselwegs bei Crenarchaeota wurde durch die Anwesenheit entsprechender mRNA bestätigt. "Wir konnten außerdem hohe Mengen an spezifischen Lipiden von Crenarchaeota nachweisen. Der Befund korrelierte zur Menge der amoA-Genkopien", erläutert Schloter.
Urbakterien und klassische Bakterien
Crenarchaeota sind einzellige Lebewesen und gehören zu den Archaebakterien oder Urbakterien, die neben den Prokaryonten zu denen die klassischen Bakterien gehören und den Eukaryonten – Pilze, Pflanzen und Tiere – ein eigenes Reich im Stammbaum des Lebens bilden. Schon sehr früh in der Evolution haben sich Bacteria von Archaea differenziert.
(idw – GSF, 21.08.2006 – DLO)
