Sauer­stoff im Dun­keln von Mikro­ben produziert

Erst­mals haben For­schen­de der Uni­ver­si­tät Olden­burg und der däni­schen Syd­dansk Uni­ver­sit­eit nach­ge­wie­sen, dass ein Archaeon in der Lage ist, Sauer­stoff zu pro­du­zie­ren. Die­se Ent­de­ckung könn­te die bis­he­ri­ge Sicht auf den mari­nen Stick­stoff­kreis­lauf verändern.
Nur weni­ge Mikro­or­ga­nis­men sind in der Lage, Sauer­stoff in völ­li­ger Dun­kel­heit her­zu­stel­len. Ein neu­es Mit­glied in die­sem exklu­si­ven Kreis ist der extrem klei­ne Ein­zeller Nitro­sopu­mi­lus mari­ti­mus. Er kommt häu­fig in Mee­res­re­gio­nen mit sehr gerin­gen Sauer­stoff­kon­zen­tra­tio­nen vor und gehört zu den Archae­en. Die­se bil­den neben Euka­ryo­ten, zu denen etwa Men­schen und Tie­re zäh­len, und Bak­te­ri­en die drit­te Domä­ne, in die Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler alle Lebe­we­sen der Erde einteilen.
N. mari­ti­mus zählt dabei zu den Ammo­ni­ak-oxi­die­ren­den Archae­en, die Ammo­ni­ak zu Nitrit umwan­deln kön­nen. Ver­mut­lich nutzt der unter­such­te Orga­nis­mus einen bis­lang unbe­kann­ten Stoff­wech­sel­weg, um die­sen bio­che­mi­schen Pro­zess mit selbst pro­du­zier­tem Sauer­stoff durch­zu­füh­ren, berich­ten For­schen­de der Uni­ver­si­tät Olden­burg und der Syd­dansk Uni­ver­sit­eit in Oden­se (Däne­mark) jetzt im Fach­ma­ga­zin „Sci­ence“.
An die­ser Beob­ach­tung hat unter ande­rem der Olden­bur­ger Mee­res­mi­kro­bio­lo­ge Prof. Dr. Mar­tin Kön­ne­ke mit­ge­wirkt. Er stell­te den Orga­nis­mus N. mari­ti­mus zur Ver­fü­gung und plan­te die Ver­su­che mit, die in Labo­ren der Syd­dansk Uni­ver­sit­eit durch­ge­führt wur­den. Dort forscht die Mikro­bio­lo­gin und Absol­ven­tin der Uni­ver­si­tät Olden­burg, Prof. Dr. Bea­te Kraft, zur Bedeu­tung von Mikro­or­ga­nis­men für die mari­nen Stoffkreisläufen.
Bereits vor der aktu­el­len Ent­de­ckung war bekannt, dass Ammo­ni­ak-oxi­die­ren­de Archae­en – eine der häu­figs­ten Lebens­for­men auf dem Pla­ne­ten – eine wich­ti­ge Rol­le im Stick­stoff­kreis­lauf spie­len. Die­se Orga­nis­men wan­deln Ammo­ni­ak (NH3) zu Nitrit (NO2-) um und star­ten so einen wich­ti­gen bio­lo­gi­schen Pro­zess beim Abbau von Bio­mas­se, die soge­nann­te Nitrifikation.
Um Ammo­ni­ak zu Nitrit umwan­deln zu kön­nen, benö­ti­gen die Mikro­or­ga­nis­men mole­ku­la­ren Sauer­stoff. Umso erstaun­li­cher schien es, dass die­se Lebe­we­sen beson­ders in Gewäs­sern ohne Sauer­stoff zahl­reich ver­tre­ten sind. Um die­ses Rät­sel zu lösen, leg­ten die For­schen­den ent­spre­chen­de Kul­tu­ren mit sauer­stoff­ar­mem Was­ser an. Was sie beob­ach­te­ten, war erstaun­lich: Nach­dem die Mikro­ben den letz­ten Sauer­stoff auf­ge­braucht hat­ten, stieg der Sauer­stoff­ge­halt im Was­ser sofort wie­der an.
Die Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler wie­sen damit erst­mals nach, dass ein Archaeon mole­ku­la­ren Sauer­stoff pro­du­ziert. Bis­her war die­se Fähig­keit nur bei Orga­nis­men der bei­den ande­ren Domä­nen beob­ach­tet wor­den. N. mari­ti­mus stellt zwar nicht genug Sauer­stoff her, um das Vor­kom­men auf der Erde zu beein­flus­sen, aber doch etwas mehr, als es selbst braucht. Davon könn­ten ande­re Mee­res­or­ga­nis­men in sei­ner direk­ten Umge­bung profitieren.
Mehr noch: In sauer­stoff­ar­mer Umge­bung pro­du­zie­ren die unter­such­ten Mikro­ben auch Stick­stoff. Kraft will die Ein­zeller jetzt wei­ter unter­su­chen. Ihr Fokus liegt dabei auf dem beob­ach­te­ten Zusam­men­spiel von Sauer­stoff- und Stickstoffproduktion.

„Soll­te die­ser Pro­zess in den Ozea­nen weit ver­brei­tet sein, müs­sen wir unser gegen­wär­ti­ges Ver­ständ­nis des mari­nen Stick­stoff­kreis­laufs überdenken.“
— Prof. Dr. Bea­te Kraft

Kraft stu­dier­te von 2003 bis 2009 an der Uni­ver­si­tät Olden­burg und schloss mit einem Diplom in Mari­nen Umwelt­wis­sen­schaf­ten ab. Ihre Abschluss­ar­beit schrieb sie bei Kön­ne­ke in der dama­li­gen Arbeits­grup­pe Paläo­mi­kro­bio­lo­gie am Insti­tut für Che­mie und Bio­lo­gie des Mee­res (ICBM). Bei­de blie­ben über die fol­gen­den Jah­re und ver­schie­de­ne beruf­li­che Sta­tio­nen in Kontakt.
Kön­ne­ke ist im Som­mer 2021 nach mehr­jäh­ri­ger Tätig­keit am Zen­trum für Mari­ne Umwelt­wis­sen­schaf­ten (MARUM) der Uni­ver­si­tät Bre­men nach Olden­burg zurück­ge­kehrt. Dort lei­tet er am ICBM die Arbeits­grup­pe Ben­thi­sche Mikro­bio­lo­gie und koor­di­niert das bun­des­wei­te For­schungs­pro­jekt „Kul­ti­vie­rung von bis­her unkul­ti­vier­ten Mikro­or­ga­nis­men aus ver­schie­de­nen aqua­ti­schen Lebensräumen“.