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Tot oder lebendig: Seegräser setzen auch nach ihrem Absterben Methan frei

14.02.2022
In Seegraswiesen wird Methan gebildet und freigesetzt, auch noch Jahrzehnte nach dem Absterben der Pflanzen.

Seegraswiesen spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf des Meeres und für unser Klima. Einerseits nehmen sie Kohlendioxid auf und speichern es in ihren Sedimenten, andererseits setzen sie das starke Treibhausgas Methan frei. Dabei machen sie es den beteiligten Mikroorganismen einfach: Sie produzieren methylierte Verbindungen, die schnell in Methan umgewandelt werden können – sogar noch lange nach dem Tod der Pflanzen. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen haben nun untersucht, was die Methanproduktion und -freisetzung von Seegraswiesen steuert. Ihre Ergebnisse stellen sie jetzt in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vor.

Seegraswiesen
Seegraswiesen sind sehr verbreitet und bedecken insgesamt an die 600.000 Quadratkilometer weltweit, was etwa der Fläche von Frankreich entspricht. (© Soeren Ahmerkamp / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Seegräser wachsen weltweit in flachen Küstenregionen gemäßigter und tropischer Meere. Seegraswiesen bilden die Grundlage für ein wichtiges Ökosystem, das zahlreichen Tieren, darunter auch bedrohte Arten wie Meeresschildkröten und Seepferdchen, ein Zuhause ist. Außerdem schützen sie die dahinterliegenden Küsten vor Abtragung und nehmen jedes Jahr Millionen von Tonnen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Aber Seegraswiesen setzen auch Treibhausgase frei – allen voran Methan, das einen sehr viel stärkeren Effekt auf unser Klima hat als Kohlendioxid.

Woher kommt das Methan?

Sina Schorn und ihre Kolleginnen und Kollegen vom Bremer Max-Planck-Institut und Hydra Marine Sciences untersuchten zunächst, woraus das Methan in den Seegraswiesen entsteht. Seegräser bilden, wie viele Landpflanzen, große Torfablagerungen unter der Sedimentoberfläche. Terrestrischer Torf setzt beim Abbau des organischen Materials große Mengen an Methan frei. Die Forschenden vermuteten also, dass Methan in Seegraswiesen auf ganz ähnliche Weise gebildet wird. Jedoch: Das Gegenteil war der Fall. „Hier erlebten wir unsere erste Überraschung“, erklärt Schorn, Erstautorin der Studie.

Forscher
Um die Mechanismen der Methanproduktion in Seegraswiesen zu untersuchen, führen die Forscher Laborinkubationen durch (links Jana Milucka, rechts Sina Schorn). (© Soeren Ahmerkamp/Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

„In den Sedimenten der Seegraswiesen entsteht das Methan nur aus einer Gruppe organischer Verbindungen“, so Schorn. „Diese sogenannten methylierten Verbindungen stellt die Seegraspflanze selbst her. Besondere Mikroorganismen, die methanogenen Archaeen, erledigen dann die Umwandlung zu Methan.“ Zu diesen Verbindungen gehört beispielsweise Betain – eine Verbindung, die Seegräsern hilft, mit dem schwankenden Salzgehalt des Meerwassers klarzukommen. Da die methanogenen Mikroorganismen diese Verbindungen direkt nutzen können, ist die Methanproduktion in den Seegraswiesen sehr effizient und unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen.

Und noch etwas ist in den Seegraswiesen anders als an Land: Die Freisetzung des Methans ins Wasser geht sehr schnell. Wie durch einen Strohhalm kann das Gas durch das Pflanzengewebe aus dem Meeresboden ins Wasser entweichen. Da Seegräser nur im flachen Wasser wachsen, haben Mikroorganismen im Wasser kaum Gelegenheit, das Methan wieder abzubauen. Zudem wäscht das Meerwasser, das durch den Sand unterhalb der Seegräser strömt, das Methan schnell aus dem Sediment aus.

Auch tote Seegraswiesen sind Methanquellen

Im Rahmen ihrer Studie beprobten die Bremer Forschenden auch eine abgestorbene Seegraswiese. „Dabei erlebten wir eine weitere Überraschung“, berichtet Jana Milucka, Seniorautorin der Veröffentlichung und Leiterin der Forschungsgruppe Treibhausgase am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. „Die Raten der Methanproduktion waren dort ähnlich hoch wie in der intakten Seegraswiese.“ Auch in abgestorbenen Seegraswiesen entsteht also noch Methan. „Wir gehen davon aus, dass der Grund für diese anhaltende Methanproduktion darin liegt, dass die methylierten Verbindungen sehr lange im Gewebe der Pflanzen erhalten bleiben“, so Milucka. Sie fanden sich sogar noch in Pflanzengewebe, das vor mehr als zwei Jahrzehnten abgestorben war.

Methanfreisetzung kompensiert teilweise den Blue-Carbon-Effekt

„Derzeit erleben wir weltweit ein Absterben von Seegraswiesen, was verheerende Auswirkungen auf die Küsten hat. Unsere Ergebnisse zeigen nun, dass nach dem Absterben der Pflanzen zwar kein Kohlendioxid mehr aus der Atmosphäre gebunden und im Sediment als ‚blauer Kohlenstoff‘ gespeichert wird, Methan aber weiterhin freigesetzt wird“, erklärt Milucka.

Inkubationsflaschen
In solchen Inkubationsflaschen werden die Laborexperimente durchgeführt. (© Sina Schorn/Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie).

Die vorliegende Studie verdeutlicht, welch wichtige Rolle Seegraswiesen für das Klima spielen und wie wichtig es ist, diese Ökosysteme besser zu verstehen und zu erhalten. Seegraswiesen sind küstennahe Lebensräume, und Küsten sind am stärksten von den menschgemachten Veränderungen betroffen. „Nur wenn wir verstehen, wie das Ökosystem Seegraswiese funktioniert, können wir auch die Auswirkungen des fortschreitenden globalen Wandels auf sie ermitteln“, betont Schorn.

Als nächstes planen die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, ihre Messungen auf andere Regionen und andere Seegrasarten auszuweiten. Außerdem wollen sie die Mikroorganismen, die an der Methanproduktion beteiligt sind, noch genauer untersuchen, da diese erstaunlich vielfältig und weitgehend unerforscht sind.

Methan ist eine chemische Verbindung mit der Summenformel CH4. Es ist der einfachste Kohlenwasserstoff und ein starkes Treibhausgas.

Methanogenese ist die Bildung von Methan durch Mikroorganismen, sogenannte Methanogene.

Methanogene sind Mikroorganismen aus der Gruppe der Archaeen, die Methan in Abwesenheit von Sauerstoff produzieren.

Originalveröffentlichung

Sina Schorn, Soeren Ahmerkamp, Emma Bullock, Miriam Weber, Christian Lott, Manuel Liebeke, Gaute Lavik, Marcel M. M. Kuypers, Jon S. Graf, and Jana Milucka (2022): Diverse methylotrophic methanogenic archaea cause high methane emissions from seagrass meadows. PNAS (2022)

DOI: 10.1073/pnas.2106628119

Beteiligte Institutionen

  • Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Celsiusstraße 1, 28359 Bremen, Deutschland
  • HYDRA Marine Sciences GmbH, Steinfeldweg 15, 77815 Bühl, Deutschland

Rückfragen bitte an:

Forschungsgruppe Treibhausgase

Sina Schorn

MPI für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen

Raum: 

3136

Telefon: 

+49 421 2028-6490

Sina Schorn


Gruppenleiterin

Forschungsgruppe Treibhausgase

Dr. Jana Milucka

MPI für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen
Deutschland

Raum: 

3128

Telefon: 

+49 421 2028-6340

Dr. Jana Milucka

Pressereferentin

Pressestelle

Dr. Fanni Aspetsberger

MPI für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
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2100

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Dr. Fanni Aspetsberger
 
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