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Eine Kooperation zwischen der Universität Konstanz und dem Max-Planck-Institut in Bremen entdeckt die bedeutende Rolle von Nitrat beim Methan-Abbau

Eine hohe Nitratkonzentration führt dazu, dass Gewässer überdüngt werden. In einem nitratarmen „sauberen“ See wie dem Bodensee spielt Nitrat hingegen eine wichtige Rolle bei der Stoffumsetzung. Ein Forschungsteam der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen hat herausgefunden, dass der Pflanzennährstoff Nitrat entscheidend zur Oxidation von Methan beiträgt, das im Sediment des Sees produziert wird. Durch den Oxidationsprozess wird verhindert, dass Methan in großen Mengen in die Atmosphäre entweicht, wo es als starkes Treibhausgas wirkt. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Ausgabe Dezember 2014 des renommierten Wissenschaftsjournals PNAS veröffentlicht.

An manchen Stellen des Bodensees ist zu beobachten, wie Bläschen an die Oberfläche steigen. Das ist ein Gemisch aus Kohlendioxid und Methan. Es wird als Endprodukt des Abbaus von Algenzellen und anderen Bestandteilen im Sediment des Sees produziert. „Wenn das System jedoch nicht gestört wird, wird das Methan noch im Sediment wieder oxidiert“, erklärt Prof. Dr. Bernhard Schink den Vorgang. Methan ist als Treibhausgas 25-mal so wirksam wie Kohlendioxid (CO2). Bislang ging man davon aus, dass dieser Oxidationsprozess im Wesentlichen sauerstoffabhängig ist. Der Professor für Limnologie und Mikrobielle Ökologie an der Universität Konstanz kam gemeinsam mit dem Bremer Fachkollegen Dr. Peter Stief, dem ehemaligen Konstanzer Nachwuchswissenschaftler Dr. Jörg Deutzmann und der Konstanzer Biologiestudentin Josephin Brandes zu dem Ergebnis, dass im Bodensee Nitrat an der Methanoxidation einen deutlich größeren Anteil hat als Sauerstoff. „Das eigentlich Überraschende an unserem Befund war, dass die relativ niedrige Nitratkonzentration im Bodensee ausreicht für den weitreichenden Abbau von Methan“, so Bernhard Schink.

Dass Methan durch Sauerstoff oxidiert und damit abgebaut wird, gilt seit rund hundert Jahren als die „klassische Methanoxidation“. In den vergangenen Jahren sind mehrere Prozesse entdeckt worden, bei denen Methan auch ohne Sauerstoff oxidiert wird. Dieser nitratabhängige Prozess wurde lange übersehen, weil er im Sediment auf kleinstem Raum mit dem sauerstoffabhängigen Prozess stattfindet. „Um das auseinanderzuhalten, sind hochauflösende Elektroden nötig, mit denen sich diese verschiedenen im Wasser gelösten Verbindungen im Größenbereich von Zehntelmillimetern unterscheiden lassen“, so Bernhard Schink. So wurden die Nitratmessungen mit den Messgeräten des Bremer Max-Planck-Instituts durchgeführt. Von der Konstanzer Gruppe wurden die Sauerstoff- und Methanmessungen vorgenommen und der hochauflösende molekularbiologische Nachweis der nitratreduzierenden und methanoxidierenden Bakterien erbracht.

Es gibt eine ganze Reihe mikrobieller Prozesse, die seit zehn bis zwanzig Jahren bekannt und die für die Stoffumsetzung in den Meeren in Wechselwirkung mit der Atmosphäre bedeutsam sind. Dass sie nun entdeckt werden, liegt sowohl an den verbesserten Messtechniken als auch an den Fortschritten in der Mikrobiologie. „Es zeigt, wie viel Vorsicht nötig ist bei der Beurteilung von globalen Stoffumsatzrechnungen“, so der Mikrobiologe Bernhard Schink. „Auch heute gibt es sicherlich noch viele Prozesse, die wir nicht kennen und in die Modellrechnung nicht einbeziehen können. Das Bild kann sich innerhalb von wenigen Jahren dramatisch wandeln.“

Originalpublikation:
Joerg S. Deutzmann, Peter Stief, Josephin Brandes, and Bernhard Schink: Anaerobic methane oxidation coupled to denitrification is the dominant methane sink in a deep lake, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 18273-18278 (2014) www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1411617111