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Das Stickstoff-Puzzle in den Ozeanen
ID: 974654
s Stickstoff-Puzzle in den Ozeanen
Jedes Lebewesen braucht Stickstoff zum Leben und Wachsen
Viele Organismen haben nicht die FĂ€higkeit lebensnotwendigen Stickstoff direkt aus dem molekularen Stickstoff zu nutzen, der als gasförmiges N2 in der AtmosphĂ€re vorkommt. Sie haben in ihren Zellen nicht die entsprechenden Werkzeuge zur Stickstoff-Fixierung und sind deshalb auf Stickstoffverbindungen wie Ammonium, Nitrit und Nitrat angewiesen, die von den sogenannten Stickstoff-fixierenden Organismen kommen. In der Natur reguliert daher die biologische VerfĂŒgbarkeit von fixiertem Stickstoff hĂ€ufig die PrimĂ€rproduktion. Deshalb sind DĂŒngemittel oft reich an Stickstoffverbindungen.
Es gibt in der Umwelt eine Reihe von anderen mikrobiellen Prozessen, die fixierten Stickstoff zur Energiegewinnung nutzen und wieder zu gasförmigem molekularen Stickstoff (N2) umwandeln. Wissenschaftler sprechen hier von einem Verlust an fixiertem Stickstoff, weil dabei der jeweilige Lebensraum wichtige Stickstoffverbindungen verliert und so die PrimÀrproduktion eingeschrÀnkt wird.
Die Prozesse, die zum Stickstoffverlust fĂŒhren, laufen in verschiedenen Mikroorganismen ab, manche reduzieren Nitrat und Nitrit, manche oxidieren Ammonium. Andere Bakterien nutzen Nitrit und Ammonium, um daraus molekularen Stickstoff zu bilden: Diese anaerobe Oxidation von Ammonium ist unter dem Begriff Anammox bekannt.
Stickstoffverluste sind besonders stark in den Meeresgebieten ausgeprĂ€gt, in denen der im Wasser gelöste Sauerstoff fast komplett verbraucht wurde. Diese Zonen werden als Oxygen Minimum Zones (OMZ) bezeichnet. Wissenschaftliche Studien lassen befĂŒrchten, dass sich diese OMZ aufgrund des Klimawandels weiter ausbreiten werden. Das könnte zu weitreichenden Konsequenzen bei den Stickstoffverlusten und damit bei der PrimĂ€rproduktion in den Ozeanen fĂŒhren. Deshalb ist es wichtig zu wissen, welcher mikrobielle Prozess wie stark zu den gesamten Stickstoffverlusten beitrĂ€gt und wo dieser innerhalb der OMZ lokalisiert ist.
Gefunden: Das fehlende Teil zum Stickstoff-Puzzle
Prof. Dr. Benjamin Brunner, einer der Autoren, erklĂ€rt: ?Diese Frage können wir mit Hilfe der stabilen Stickstoffisotopen beantworten, indem wir die MengenverhĂ€ltnisse von 15N und 14N in den verschiedenen Reservoirs an fixiertem Stickstoff und im flĂŒchtigen N2 bestimmten, denn die verschiedenen mikrobiellen Prozesse hinterlassen verschiedene Isotopenmuster. Manche dieser Reaktionen bevorzugen das leichtere 14N vor dem schwereren 15N, andere Prozesse ziehen das schwerere Isotop vor, Wissenschaftler bezeichnen diese VorgĂ€nge als Isotopeneffekte. "
Dr. Sergio Contreras, ein Paleo-Biogeochemiker, der an der Vergangenheit und Zukunft des Stickstoffkreislaufes interessiert ist, ergĂ€nzt: ?Um die Stickstoff-Isotopenmuster in der Umwelt entschlĂŒsseln zu können, muss man fĂŒr alle Prozesse im Stickstoffkreislauf deren jeweilige Isotopeneffekte kennen."
Prof. Dr. Moritz Lehmann, Isotopen-Biogeochemiker an der UniversitÀt Basel, sagt:
"Genau hier lag das Problem: Die Isotopeneffekte eines Prozesses der mitverantwortlich fĂŒr den Verlust an fixiertem Stickstoff ist - nĂ€mlich Anammox - waren bisher unbekannt. Es ist deshalb möglich, dass frĂŒhere wissenschaftliche Untersuchungen zu globalen Stickstoffverlusten falsch gewichtet und interpretiert wurden."
Dr. Boran Kartal, Mikrobiologe an der Radboud University Nijmegen erklĂ€rt: "Wir verwendeten fĂŒr unsere Versuche hochangereicherte Anammox-Zellkulturen in unserem Labor, um deren Isotopeneffekte zu bestimmen. Unsere Ergebnisse belegen, dass die von Anammox verursachten Isotopeneffekte die Isotopenmuster in den OMZ, die sehr wichtig fĂŒr die PrimĂ€rproduktion sind, erklĂ€ren können.?
Prof. Dr. Marcel Kuypers, Direktor am Max-Planck-Institut fĂŒr Marine Mikrobiologie, fasst zusammen: ?Diese fehlende Information ist von gröĂter Bedeutung zur Lösung des Stickstoff-Isotopen-Puzzles. Nicht nur, weil Anammox ein wesentlicher Prozess in den OMZ ist, sondern auch, weil Anammox die Isotopenzusammensetzung aller Stickstoff-Reservoirs beeinflusst: Es setzt Ammonium und Nitrit zu gasförmigem Stickstoff N2 und Nitrat um.?
Dank gemeinsamer Forschung gelang es den Wissenschaftlern, das komplizierte Isotopenmuster des Anammox-Prozesses zu entschlĂŒsseln. Ihre Ergebnisse, die sie in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America publizieren, erklĂ€ren bisher seltsam erscheinende Isotopenmuster der OMZ und liefern das fehlende Teil des Stickstoff-Isotopen-Puzzles.
Weitere Informationen
Prof. Dr. Marcel Kuypers, +49 421 2028602, mkuypers@mpi-bremen.de
Prof. Dr. Benjamin Brunner, +45 871 56586, benobru@gmail.com
Dr. Gaute Lavik, +49 421 2028651, glavik@mpi-bremen.de
Prof. Dr. Moritz Lehmann, moritz.lehmann@unibas.ch
Dr. ir. Boran Kartal kartal@science.ru.nl
Pressesprecher
Dr. Manfred Schloesser, +49 421 2028704, mschloes@mpi-bremen.de
Originalpublikation
Nitrogen isotope effects induced by anammox bacteria
B. Brunner, S. Contreras, M.F. Lehmann, O. Matantseva, M. Rollog, T. Kalvelage, G. Klockgether, G. Lavik, M.S.M. Jetten, B. Kartal and M.M.M. Kuypers (2013)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, doi 10.1073/pnas.1310488110
Institute und UniversitÀten
Max-Planck-Institut fĂŒr Marine Mikrobiologie, Abteilung Biogeochemie, CelsiusstraĂe 1, D-28359 Bremen
Departement Umweltwissenschaften (Biogeochemie), UniversitÀt Basel, Bernoullistrasse 30, 4056 Basel, Schweiz
Institute of Water and Wetland Research, Department of Microbiology, Radboud University Nijmegen, Heyendaelseweg 135, 6525 AJ Nijmegen, Die Niederlande
Max-Planck-Institut fĂŒr marine Mikrobiologie
Celsiusstrasse 1
28359 Bremen
Deutschland
Telefon: 0421 2028 - 50
Telefax: 0421 2028 - 580
Mail: contact@mpi-bremen.de
URL: http://www.mpi-bremen.de/
(pressrelations) - zzle in den Ozeanen
Jedes Lebewesen braucht Stickstoff zum Leben und Wachsen
Viele Organismen haben nicht die FĂ€higkeit lebensnotwendigen Stickstoff direkt aus dem molekularen Stickstoff zu nutzen, der als gasförmiges N2 in der AtmosphĂ€re vorkommt. Sie haben in ihren Zellen nicht die entsprechenden Werkzeuge zur Stickstoff-Fixierung und sind deshalb auf Stickstoffverbindungen wie Ammonium, Nitrit und Nitrat angewiesen, die von den sogenannten Stickstoff-fixierenden Organismen kommen. In der Natur reguliert daher die biologische VerfĂŒgbarkeit von fixiertem Stickstoff hĂ€ufig die PrimĂ€rproduktion. Deshalb sind DĂŒngemittel oft reich an Stickstoffverbindungen.
Es gibt in der Umwelt eine Reihe von anderen mikrobiellen Prozessen, die fixierten Stickstoff zur Energiegewinnung nutzen und wieder zu gasförmigem molekularen Stickstoff (N2) umwandeln. Wissenschaftler sprechen hier von einem Verlust an fixiertem Stickstoff, weil dabei der jeweilige Lebensraum wichtige Stickstoffverbindungen verliert und so die PrimÀrproduktion eingeschrÀnkt wird.
Die Prozesse, die zum Stickstoffverlust fĂŒhren, laufen in verschiedenen Mikroorganismen ab, manche reduzieren Nitrat und Nitrit, manche oxidieren Ammonium. Andere Bakterien nutzen Nitrit und Ammonium, um daraus molekularen Stickstoff zu bilden: Diese anaerobe Oxidation von Ammonium ist unter dem Begriff Anammox bekannt.
Stickstoffverluste sind besonders stark in den Meeresgebieten ausgeprĂ€gt, in denen der im Wasser gelöste Sauerstoff fast komplett verbraucht wurde. Diese Zonen werden als Oxygen Minimum Zones (OMZ) bezeichnet. Wissenschaftliche Studien lassen befĂŒrchten, dass sich diese OMZ aufgrund des Klimawandels weiter ausbreiten werden. Das könnte zu weitreichenden Konsequenzen bei den Stickstoffverlusten und damit bei der PrimĂ€rproduktion in den Ozeanen fĂŒhren. Deshalb ist es wichtig zu wissen, welcher mikrobielle Prozess wie stark zu den gesamten Stickstoffverlusten beitrĂ€gt und wo dieser innerhalb der OMZ lokalisiert ist.
Gefunden: Das fehlende Teil zum Stickstoff-Puzzle
Prof. Dr. Benjamin Brunner, einer der Autoren, erklĂ€rt: ?Diese Frage können wir mit Hilfe der stabilen Stickstoffisotopen beantworten, indem wir die MengenverhĂ€ltnisse von 15N und 14N in den verschiedenen Reservoirs an fixiertem Stickstoff und im flĂŒchtigen N2 bestimmten, denn die verschiedenen mikrobiellen Prozesse hinterlassen verschiedene Isotopenmuster. Manche dieser Reaktionen bevorzugen das leichtere 14N vor dem schwereren 15N, andere Prozesse ziehen das schwerere Isotop vor, Wissenschaftler bezeichnen diese VorgĂ€nge als Isotopeneffekte. "
Dr. Sergio Contreras, ein Paleo-Biogeochemiker, der an der Vergangenheit und Zukunft des Stickstoffkreislaufes interessiert ist, ergĂ€nzt: ?Um die Stickstoff-Isotopenmuster in der Umwelt entschlĂŒsseln zu können, muss man fĂŒr alle Prozesse im Stickstoffkreislauf deren jeweilige Isotopeneffekte kennen."
Prof. Dr. Moritz Lehmann, Isotopen-Biogeochemiker an der UniversitÀt Basel, sagt:
"Genau hier lag das Problem: Die Isotopeneffekte eines Prozesses der mitverantwortlich fĂŒr den Verlust an fixiertem Stickstoff ist - nĂ€mlich Anammox - waren bisher unbekannt. Es ist deshalb möglich, dass frĂŒhere wissenschaftliche Untersuchungen zu globalen Stickstoffverlusten falsch gewichtet und interpretiert wurden."
Dr. Boran Kartal, Mikrobiologe an der Radboud University Nijmegen erklĂ€rt: "Wir verwendeten fĂŒr unsere Versuche hochangereicherte Anammox-Zellkulturen in unserem Labor, um deren Isotopeneffekte zu bestimmen. Unsere Ergebnisse belegen, dass die von Anammox verursachten Isotopeneffekte die Isotopenmuster in den OMZ, die sehr wichtig fĂŒr die PrimĂ€rproduktion sind, erklĂ€ren können.?
Prof. Dr. Marcel Kuypers, Direktor am Max-Planck-Institut fĂŒr Marine Mikrobiologie, fasst zusammen: ?Diese fehlende Information ist von gröĂter Bedeutung zur Lösung des Stickstoff-Isotopen-Puzzles. Nicht nur, weil Anammox ein wesentlicher Prozess in den OMZ ist, sondern auch, weil Anammox die Isotopenzusammensetzung aller Stickstoff-Reservoirs beeinflusst: Es setzt Ammonium und Nitrit zu gasförmigem Stickstoff N2 und Nitrat um.?
Dank gemeinsamer Forschung gelang es den Wissenschaftlern, das komplizierte Isotopenmuster des Anammox-Prozesses zu entschlĂŒsseln. Ihre Ergebnisse, die sie in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America publizieren, erklĂ€ren bisher seltsam erscheinende Isotopenmuster der OMZ und liefern das fehlende Teil des Stickstoff-Isotopen-Puzzles.
Weitere Informationen
Prof. Dr. Marcel Kuypers, +49 421 2028602, mkuypers(at)mpi-bremen.de
Prof. Dr. Benjamin Brunner, +45 871 56586, benobru(at)gmail.com
Dr. Gaute Lavik, +49 421 2028651, glavik(at)mpi-bremen.de
Prof. Dr. Moritz Lehmann, moritz.lehmann(at)unibas.ch
Dr. ir. Boran Kartal kartal(at)science.ru.nl
Pressesprecher
Dr. Manfred Schloesser, +49 421 2028704, mschloes(at)mpi-bremen.de
Originalpublikation
Nitrogen isotope effects induced by anammox bacteria
B. Brunner, S. Contreras, M.F. Lehmann, O. Matantseva, M. Rollog, T. Kalvelage, G. Klockgether, G. Lavik, M.S.M. Jetten, B. Kartal and M.M.M. Kuypers (2013)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, doi 10.1073/pnas.1310488110
Institute und UniversitÀten
Max-Planck-Institut fĂŒr Marine Mikrobiologie, Abteilung Biogeochemie, CelsiusstraĂe 1, D-28359 Bremen
Departement Umweltwissenschaften (Biogeochemie), UniversitÀt Basel, Bernoullistrasse 30, 4056 Basel, Schweiz
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Telefax: 0421 2028 - 580
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Datum: 05.11.2013 - 11:51 Uhr
Sprache: Deutsch
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