Influence of nitrate-storing sulfur bacteria on the nitrogen and phosphorus cycle of the ocean
Final Report Abstract
Schwefelbakterien der Gattung Beggiatoa findet man weltweit sowohl in marinen als auch in limnischen Gewässern. Sie beziehen ihre Energie aus der Oxidation von Sulfid, das in eutrophen Gebieten durch den Abbau von organischem Material im Sediment gebildet wird. Eine Besonderheit in der Gruppe der Schwefelbakterien, ist das Auftreten von „Riesenformen" an besonders Sulfid-reichen Standorten. Diese riesigen Schwefelbakterien besitzen eine Vakuole, in der Nitrat in hohen Konzentrationen gespeichert werden kann. Das Nitrat wird von diesen Bakterien anstelle von Sauerstoff zur Oxidation von Sulfid verwendet. Bis jetzt war allerdings nicht geklärt, ob auch kleinere Schwefelbakterien Nitrat zur Sulfidoxidation verwenden können. Da die kleineren Formen sehr weit verbreitet sind, könnten sie durch Nitratatmung potentiell einen wichtigen Einfluss auf den Stickstoffkreislauf haben. Außerdem gab es bis jetzt widersprüchliche Ergebnisse in Bezug auf das Endprodukt der Nitratatmung in Schwefelbakterien. Die meisten Nitrat-atmenden Bakterien reduzieren Nitrat zu Stickstoffgas und vermindern damit die Menge von Stickstoff, die für biologische Prozesse zur Verfügung steht, das heißt sie wirken einer Eutrophierung entgegen. Es ist allerdings auch möglich, dass bei der Nitratatmung von Bakterien Ammonium als Endprodukt entsteht. Dabei bleibt der Stickstoff im Ammonium weiterhin für biologische Prozesse verfügbar und die Eutrophierung des Gewässers ändert sich nicht. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes konnten wir kleinere Beggiatoa Arten aus dem Meer und aus Bächen und Teichen in Laborkulturen überführen und untersuchen. Es zeigte sich, dass alle bisher untersuchten Beggiatoa Arten Nitrat zur Oxidation von Sulfid verwenden, sogar wenn Sauerstoff zur Verfügung steht. Als Endprodukt dieser Nitratatmung konnten wir Ammonium identifizieren. Das bedeutet, dass die weit verbreiteten kleineren Beggiatoa Arten sicherlich erheblich zur „Bewohnbarkeit" von Gewässern beitragen, da sie das hochgiftige Sulfid nicht nur mit Sauerstoff sondern zusätzlich auch mit Nitrat abbauen können. Sie wirken dabei allerdings einer Eutrophierung der Gewässer nicht entgegen, da das Endprodukt ihrer Nitratatmung, Ammonium, weiterhin als Stickstoffquelle zur Verfügung steht.
Publications
- (2006): Anaerobic Sulfide Oxidation with Nitrate by a Freshwater Beggiatoa Enrichment Culture. Appl. Environ. Microbiol. 72: 4755-4760
Kamp A., P. Stief, H. N. Schulz-Vogt
