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Neuer Lebensstil in sauerstoffarmen Zonen des Meeres

29.11.2019

Dass es Mikroben der Spezie Arcobacter gibt, die gerne in giftigen, sauerstoffarmen Bereichen des Ozeans leben, ist schon länger bekannt. Offen war bislang die Frage: Wie genau schaffen sie das? Bremer Forschern des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie ist es nun gelungen, eine Antwort darauf zu finden. Im Fachmagazin Applied and Environmental Microbiology (AEM) beschreiben sie, wie das Bakterium Arcobacter peruensis in einer lebensfeindlichen Umgebung gut über die Runden kommt.

Kranzwasserschöpfer (© C. Callbeck, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)
Mit einem Kranzwasserschöpfer können Wasserproben aus unterschiedlichen Tiefen geholt werden. (© C. Callbeck, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Arcobacter peruensis schätzt eine unwirtliche Umgebung. Dort, wo Wasser einer muffigen Brühe ähnelt, die wenig Licht und Sauerstoff, dafür aber Schwefel, Nitrat und Pflanzenreste enthält – dort ist die Welt dieser Mikrobe. Solche Bedingungen gibt es im Meer zum Beispiel in küstennahen Schelfgebieten, also vergleichsweise flachen Meeren am Rand eines Kontinents, wo Wasserwirbel regelmäßig Schwefelwasserstoff aus dem Meeresboden emporspülen. Etwa vor der Küste von Namibia oder von Peru, woher das untersuchte Bakterium stammt.

Vorteil gegenüber Konkurrenten

So wandelt Arcobacter peruensis zum einen die giftige Schwefelverbindung Sulfid zu ungiftigem Elementarschwefel um und gewinnt daraus die Energie zum Leben. Gleichzeitig reduziert der Einzeller mit seinem Stoffwechsel Nitrat zu elementaren Stickstoff, der als Nährstoff ungeeignet ist. Somit spielt Arcobacter peruensis eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf. Doch entgegen der Erwartungen der Bremer Forscher fixiert das Bakterium dabei kein Kohlendioxid. „Bei unseren Untersuchungen haben wir getestet, ob die Mikrobe mit Kohlendioxid wächst, so wie es viele andere Bakterien mit einem ähnlichen Stoffwechsel tun“, sagt Cameron Callbeck, Erst-Autor des Papers, der mittlerweile von Bremen an die Schweizer Eawag gewechselt ist. „Doch zu unserer Überraschung passierte nichts.“ 

Erst als die Wissenschaftler den Bakterien Essigsäure aus pflanzlicher Gärung – so genanntes Acetat – anboten, blühte das Leben auf. „Das zeigt: Arcobacter peruensis pflegt einen anderen Lebensstil als seine Konkurrenten und hat deshalb in sauerstoffarmen, aber nährstoffreichen Umgebungen mit viel organischem Material einen klaren Vorteil“, sagt Callbeck.

Wachsender Lebensraum

Das klingt zunächst nach einem speziellen Lebensraum. Das ist er auch – allerdings einer, der ständig größer wird. Gerade in stark besiedelten Küstengebieten gelangen viel Dünger und Abwässer über die Flüsse ins Meer. Dort entsteht im Folgenden oft ein Lebensraum, wie ihn Arcobacter peruensis mag. „Arcobacter peruensis spielt möglicherweise eine wesentliche Rolle in der vielfältigen Bakteriengemeinschaft, die in nährstoffreichen, schwefelhaltigen Küstengewässern Nitrat zu Stickstoff abbauen kann“, so Gaute Lavik, Fahrtleiter der Meteor Expedition 93 nach Peru. „Als nächster Schritt müsste nun untersucht werden, ob das zutrifft und welchen Einfluss Arcobacter peruensis auf den küstennahen Stickstoffkreislauf hat.“

Das Paper ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 754 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im Tropischen Ozean“ entstanden, der seit 2008 besteht und Ende dieses Jahres ausläuft.

 

Originalveröffentlichung

Cameron M. Callbeck, Chris Pelzer, Gaute Lavik, Timothy G. Ferdelmann, Jon S. Graf, Bram Vekeman, Harald Schunck, Sten Littmann, Bernhard M. Fuchs, Philipp F. Hach, Tim Kalvelage, Ruth A. Schmitz, Marcel M. M. Kuypers: Arcobacter peruensis sp.nov., a chemolithoheterotroph isolated from sulfide and organic rich coastal waters off Peru, Applied and Environmental Microbiology, vol. 85, iss. 24  

DOI: 10.1128/AEM.01344-19

 

Beteiligte Institute: 

  • Max-Planck-Institute for Marine Microbiology
  • Department of Microbiology, IWWR, Radboud University Nijmegen, Netherlands
  • Institute for General Microbiology, University of Kiel, Germany
Meteor-Ausfahrt 93 (© C. Callbeck, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)
Der Himmel über Perus küstennahen Gewässern (© C. Callbeck, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

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Dr. Gaute Lavik

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Abteilung Biogeochemie

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