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Blick auf das Meer

Wie Methan im Meeresboden abgebaut wird

Im Meeresboden sind riesige Mengen von Methan in Form von Methanhydrat gespeichert. Mikroorganismen sorgen dafür, dass es auch ohne Sauerstoff abgebaut wird und damit nicht als Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt. Schwefelverbindungen spielen dabei eine wichtige Rolle - welche, hat nun eine Forschergruppe mit österreichischer Beteiligung gezeigt.

Biologie 08.11.2012

Das Methan entsteht, wenn die gewaltige Menge an organischem Material, das ständig auf den Meeresboden sinkt, verwest. Mikroorganismen bilden dabei aus Wasserstoff und CO2 das Treibhausgas Methan - und zwar in so großen Mengen, dass sich die Wissenschaft intensiv darum bemüht, die Prozesse am Meeresgrund detailliert zu verstehen.

Die Studie:

"Zero-valent sulphur is a key intermediate in marine methane oxidation" von Jana Milucka und Kollegen ist am 7. 11. in "Nature" erschienen.

Zwei Gruppen von Mikroorganismen, die in den methanhaltigen Sedimenten zusammen leben, sorgen für den Abbau des Methans: Archaeen und Bakterien. Sie machen in den sauerstofffreien Meeressedimenten über den Stoffwechselweg der "anaeroben Methanoxidation" (AOM) wieder CO2. Seit vielen Jahren wurde nach dem für diese Reaktion notwendigen Zwischenprodukt gesucht, das die methanoxidierenden Archaeen an die Bakterien weitergeben.

Archaeen schaffen es alleine …

Anreicherungskultur mit den AOM-Organismen: die Archaeen in rot und die Bakterien in grün, stammen ursprünglich von einem Schlammvulkan Isis im Mittelmeer.

Jana Milucka

Anreicherungskultur mit AOM-Organismen: die Archaeen (rot) und Bakterien (grün) stammen ursprünglich von einem Schlammvulkan im Mittelmeer. Acht Jahre lang haben die Wissenschaftler die Mikroorganismen in einer Probe angereichert und mit den Kulturen den komplizierten Schwefelkreislauf untersucht.

Man dachte lange, dass die Bakterien Sulfat (SO4) mit Hilfe von Elektronen reduzieren, die sie von den Archaeen aus der Methanoxidation erhaltenen. Dafür müssten aber die Elektronen von den Archaeen zu den Bakterien wandern. "Wie wusste man nicht", erklärte Michael Wagner vom Department für mikrobielle Ökologie der Universität Wien gegenüber der APA. "Es wurde sogar über Nanowires, winzige Kabel spekuliert, die die Elektronen rübertransportieren."

Wagner konnte gemeinsam mit Wissenschaftlern des Max Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und seinem Wiener Kollegen Markus Schmid zeigen, dass die Reaktion "ganz anders funktioniert". Die Forscher wiesen nach, dass die Archaeen die AOM ganz alleine - auch ohne bakterielle Partner - schaffen.

Dabei wird Sulfat reduziert, allerdings nicht wie bisher gedacht bis zum Sulfid (H2S), sondern nur bis zum nullwertigen Schwefel. Die Wiener Wissenschaftler konnten mit Hilfe von Mikrospektroskopie den Schwefel direkt in den Archaeen nachweisen.

… aber die Bakterien helfen ihnen

"Welche Rolle spielen aber die Bakterien, wenn die Archaeen bereits die Sulfatreduktion übernehmen?" Die sulfatreduzierenden Bakterien nehmen den nullwertigen Schwefel, den sie von den Archaeen bekommen, auf und wenden dann einen mikrobiologischen Trick an", erläutert Jana Milucka, die Erstautorin der Studie, in einer Aussendung.

"Sie gewinnen ihre Energie dadurch, dass sie einen Teil des Schwefels oxidieren und einen Teil reduzieren." Bei dieser Reaktion entstehen die reduzierte Schwefelverbindung Sulfid und die oxidierte Verbindung Sulfat. Letzteres kann wiederum von den methanabbauenden Archaeen aufgenommen und genutzt werden.

Die Bakterien halten dadurch die Konzentration an nullwertigem Schwefel niedrig, was die Arbeit der Archaeen erleichtert. Gleichzeitig versorgen sie die Archaeen mit Sulfat, das diese für ihren Stoffwechsel benötigen - eine physiologische Win-win-Situation für beide.

science.ORF.at/APA

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