Transformation von Ammonium zu Nitrit in Böden: Nicht Proteobakterien, sondern Crenachaeota sind die Schlüsselorganismen
Gemeinsam mit einer internationalen Arbeitsgruppe konnte Dr. Michael Schloter vom GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Bodenökologie, Mikroorganismen, die zum Reich der Archaea gehören, als Schlüsselorganismus bei der Oxidation von Ammonium in Böden identifizieren. Bisher wurde angenommen, dass hauptsächlich Gram-negative Bakterien für diesen Stoffwechselschritt verantwortlich sind. Die Publikation ist in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 17. August erschienen.
Dr. Michael Schloter im Labor des Instituts für Bodenökologie bei der Untersuchung der Proben.
Foto: mvdh
Die neuen Erkenntnisse werden für die landwirtschaftliche Praxis von großer Bedeutung sein, da nun nach Wegen gesucht werden kann, um die Aktivität der ammoniumoxidierenden Archaea durch gezielte landwirtschaftliche Maßnahmen zu stimulieren und so den Einsatz von Nitrat-haltigen Düngern zu reduzieren.
"Wir untersuchten die Menge des Gens amoA, das für eine Untereinheit des Schlüsselenzyms Ammoniummonooxygenase (amoA) codiert", erklärt Schloter. "Als Material dienten uns dabei Nukleinsäuren, die aus Böden verschiedener Klimazonen bzw. mit unterschiedlicher Nutzung isoliert wurden". 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", so Schloter weiter.
Crenarchaeota sind einzellige Lebewesen und gehören zu den Archaea (Archaebakterien oder Urbakterien), die neben den Prokaryonten zu denen die klassischen Bakterien gehören und den Eucaryonten (Pilze, Pflanzen und Tiere) ein eigenes Reich im Stammbaum des Lebens bilden. Schon sehr früh in der Evolution haben sich Bacteria von Archaea differenziert.
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.
Originalartikel:
Leininger, S., Urich, T., Schloter, M., Gi, J., Nicol, G.W.,, Prosser, J.I., Schuster, S.C. & Schleper, C.: "Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soil"
Nature, 17. August 2006, doi:10.1038/nature04983
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