Bodensee

Mikroorganismen aus der Urzeit sichern Trinkwasserversorgung

Robert Klatt

Eine neuentdeckte Spezies baut im Bodensee Ammonium ab und sichert so die Trinkversorgung in der Umgebung.

Braunschweig (Deutschland). In der Europäischen Union (EU) wird etwa 36 Prozent des Trinkwassers aus Oberflächengewässern wie Seen gewonnen. Es ist deshalb problematisch, dass durch die Verwendung von Düngemitteln die Konzentration Ammonium-Ionen, die aus gasförmigem Ammoniak entstehen, stark zugenommen hat. Ein Ammoniumüberschuss ist toxisch für viele Fische und andere Wasserorganismen und reduziert die Qualität des Trinkwassers für den Menschen deutlich.

Mikroorganismen, wie etwa Archaea, können die Konzentration von Ammonium reduzieren, indem sie den Stoff mithilfe von Sauerstoff in Nitrat umwandeln. Auch im Bodensee leben Archaeen der Gattung Nitrososphaeria in hoher Anzahl. Es war bisher jedoch nicht bekannt, ob diese tatsächlich an der Nitrifikation, also der Umwandlung von Ammonium-Ionen zu Nitrat, beteiligt sind.

Nitrososphaeria-Archaeen genetisch untersucht

Wissenschaftler des Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH und der Universität Konstanz führen deshalb genetische Analysen der Nitrososphaeria-Archaeen aus dem Bodensee durch. Außerdem beobachtete das Team um Franziska Klotz Veränderungen in der Nährstoffzusammensetzung des Gewässers.

Laut ihrer Publikation ISME Journal entdeckten sie dabei eine zuvor unbekannte Art, die im Stickstoffkreislauf des Sees eine essenzielle Position einnimmt. „Wir konnten zeigen, dass die Ammonium-Oxidation ein Schlüsselprozess im Stickstoffkreislauf des Sees ist, angetrieben von einer einzigen Süßwasserspezies der Archaeen“, erklärt Klotz.

Archaeen bauen Ammonium im Bodensee ab

Die neuentdecke Spezies lebt primär in etwa 85 Meter Wassertiefe und dominiert alle anderen Archaeen-Arten des Bodensees. In der Wassertiefe ist die Ammoniumkonzentration im Vergleich zu anderen Schichten des Sees deutlich geringer. Die Nitratkonzentration ist hingegen höher. Außerdem enthält das Genom dieser Archaeen ein Schlüsselenzym für die Oxidation von Ammonium. Es wird somit deutlich, dass diese Mikroben hauptverantwortlich für die Nitrifikation im Bodensee sind. Die Entdecker gaben der neuen Art vorläufig den Namen „Candidatus Nitrosopumilus limneticus“.

Laut Messungen ist die Umsatzrate der Lebewesen trotz der geringen Wassertemperatur von nur vier Grad Celsius in 85 Metern Tiefe hoch. Pro Jahr wandelt die Population im Bodensee etwa 1.763 Tonnen Ammonium um. Dies entspricht elf Prozent der gesamten Stickstoffbiomasse der lichtdurchfluteten Zone des Sees.

Candidatus Nitrosopumilus limneticus im Ökosystem des Bodensees

Wie die Autoren erklären, nimmt Candidatus Nitrosopumilus limneticus somit eine wichtige Position im Ökosystem des Bodensees ein, weil die Mikroorganismen Ammonium abbauen und somit den anderen Lebensformen Stickstoff wieder zugänglich machen. Dies geschieht über das Endprodukt Nitrat, das etwa von Pflanzen genutzt wird.

Die Studie zeigt somit deutlich, dass Archaeen wichtige Akteure im Stoffkreislauf von Binnengewässern sind. „Ammonium-oxidierende Archaeen spielen eine ebenso wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf von tiefen oligotrophen Seen wie ihre Verwandten in marinen Ökosystemen“, erklärt Klotz.

Weil im Bodensee lediglich eine Art vorherrscht, gehen die Wissenschaftler von einer geringen Diversität in Süßwasserseen aus. „Das wirft die Frage auf, wie resilient das Ökosystem gegenüber physikalischen und chemischen Veränderungen der Seen angesichts des Klimawandels ist“, erklären die Forscher.

ISME Journal, doi: 10.1038/s41396-022-01216-9

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