Symbiotische Meeresbakterien liefern Stickstoffdünger

Petersen und ihre Kollegen entdeckten die stickstofffixierenden Symbionten als Untermieter von Mondmuscheln und Fadenwürmern. Vertreter dieser Gruppen leben in Küstengewässern auf der ganzen Welt. In manchen Regionen gelten die Muscheln sogar als Delikatesse. Die Chemosynthese ist die besondere Fähigkeit der Bakterien, ganz ohne Sonnenlicht und nur aus chemischer Energie Biomasse zu erzeugen. Diese symbiotische Primärproduktion ist effizient genug, um sowohl das Bakterium als auch seinen Wirt zu ernähren.

Neu: Stickstofffixierung bei chemosynthetischen Symbionten

Die Forscher um Petersen nutzten modernste Methoden zur DNA-Sequenzierung und fanden tatsächlich all jene Gene, die zur Stickstofffixierung nötig sind, in den Symbionten der Muscheln und Würmer. Sie sind damit die ersten bekannten chemosynthetischen Symbionten, die Stickstoff fixieren können. “Diese Entdeckung kam wirklich überraschend - denn die Bakterien können vermutlich auch Stickstoff aus ihrer Umgebung aufnehmen und den Stickstoffabfall ihrer Wirte wiederverwerten“, sagt Petersen. „Sie müssten ihn also gar nicht aufwändig aus Stickstoffgas fixieren.“ Daher untersuchten die Forscher die Muscheln auch mit Hilfe der sogenannten Transkriptomik und Proteomik – und entdeckten auch die Expression der Gene für die Stickstofffixierung. Sie sind also nicht nur vorhanden, sondern werden auch genutzt. “Das deutet darauf hin, dass die Symbionten aktiv im Inneren ihrer Wirte Stickstoff fixieren“, erklärt Petersen. Und auch die Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs zeigt, dass es sich um biologisch fixierten Stickstoff handelt und untermauert somit die Vermutung, dass die Symbionten aktiv Stickstoff fixieren.

Dünger für das Meer?

„Die Wissenschaft hat die Stickstofffixierung durch chemosynthetische Symbionten lange Zeit völlig übersehen“, sagt Petersen. „In den späten 1970ern wurden diese Organismen in der Tiefsee entdeckt. Seitdem haben wir uns fast vier Jahrzehnte damit beschäftigt, wie die Symbionten ihren Wirten Kohlenstoff beispielsweise in Form von Zuckern bereitstellen.“ Aber auch Muscheln leben nicht vom Kohlenstoff allein. Die nun vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Symbionten einen weiteren, unerwarteten Vorteil bringen könnten. Sie peppen den Speiseplan mit Stickstoff auf. Zudem könnten sie auch ihre Umgebung düngen, indem sie verfügbaren Stickstoff freisetzen. „Dieser Frage wollen wir als nächstes nachforschen“, so Petersen: „Helfen diese symbiotischen Bakterien auch, den Ozean zu düngen?“