Erstmals biologische Funktion des seltenen Spurenmetalls im Meer nachgewiesen Giftiges Kadmium als Nährstoff - scinexx | Das Wissensmagazin
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Erstmals biologische Funktion des seltenen Spurenmetalls im Meer nachgewiesen

Giftiges Kadmium als Nährstoff

Diatomeen der Gattung Thalassiosira © NOAA

Kadmium ist normalerweise nur als giftiges Metall und Bestandteil von Nickel-Kadmium- Batterien bekannt. Doch jetzt haben Wissenschaftler erstmals festgestellt, dass das Metall im Ozean auch eine biologische Funktion erfüllt. Es dient als Nährstoff.

Forscher unter anderem der Woods Hole Ozeanographischen Institution (WHOI) berichten im Magazin Nature von ihrer Entdeckung von Kadmium in einem Enzym einer Kieselalge. Diese auch als Diatomeen bezeichneten einzelligen Algen sind im Plankton häufig und bilden eine der Hauptnahrungsquellen für viele Meeresbewohner. Das Forscherteam untersuchte die Diatomeenarten Thalassiosira weissflogii und Thalassiosira psuedonana und isolierte und sequenzierte ein Protein in den Einzellern, das Kadmium enthält.

„Diese Entdeckung ist die lange erwartete Erklärung für das nährstoffähnliche Verhalten von Kadmium in den Meeren“, erklärt der Wissenschaftler. „Dieses Enzym ist an der Kohlenstoffaufnahme der Diatomeen beteiligt und ist daher wahrscheinlich ein wichtiger Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs der oberflächlichen Meeresschichten. Das hat auch Auswirkungen auf unser Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs.“

Die Funde deuten an, dass bestimmte Spurenmetalle, die im Ozean in niedrigen Dosen vorkommen, von Enzymen genutzt werden, die es bei landlebenden Organismen nicht gibt. Sie könnten eine wichtige Funktion im Kreislauf dieser Metalle im Seewasser haben und damit auch Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und sogar den Klimawandel.

Nach Ansicht von Mak Saito, Geochemiker am WHOI und Koautor der Studie könnten die Meere wegen ihrer ungewöhnlichen Chemie er auch ein wichtiges Reservoir von neuem genetischen Material sein. „Spurenelemente sind im Ozean sehr selten“, erklärt der Forscher. „In großen Regionen der Meeresoberfläche ist Eisen dafür bekannt, als limitierender Faktor zu wirken, nicht Stickstoff oder Phosphor wie in Seen oder Küstengewässern. Diese Tatsache hat eine Selektion für neue Metalloenzyme und Biochemien erzeugt, die Metalle verarbeiten, die nicht anderweitig in terrestrischen oder küstennahen Umgebungen genutzt werden.“

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In den letzten Jahrzehnten wurde die Bedeutung von Zink als Mikronährstoff für terrestrische Organismen erkannt, so Saito. Das geringe Vorkommen des Metalls in den Meeren könnte daher möglicherweise den Bedarf für ein Kadmiumenzym, dass die gleichen Funktionen übernimmt, bewirkt haben. Das Enzym reguliert die Kohlenstoffdioxidkonzentrationen in den Zellen. Marine Kieselalgen können je nach Verfügbarkeit für ihr Wachstum Kadmium, Kobalt oder Zink nutzen, doch das neu entdeckte Enzym liefert den ersten Nachweis für ein biologisches System, das ein Enzym nutzt, bei dem Kadmium in seiner ursprünglichen Form in der Metall bindenden Struktur des Moleküls eingelagert ist.

“Die Phytoplankton-Ökologie der Ozeane ist wahrscheinlich von der relativen Häufigkeit dieser seltenen Metalle, vor allem Kadmium, Zink und Kobalt, beeinflusst – für alle diesen wurde gezeigt, dass sie teilweise als Substitute für die gleichen biochemischen Funktionen dienen“, so Saito.

(Woods Hole Oceanographic Institution, 10.05.2005 – NPO)

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