Die Rolle der Mikroben im ökologischen Gleichgewicht der Erde

Mikroben spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des ökologischen Gleichgewichts unseres Planeten, indem sie an den Bewegungen und Umwandlungen grundlegender Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Eisen in der Umwelt beteiligt sind. Diese biogeochemischen Prozesse beeinflussen direkt das globale Klima und das Temperaturgleichgewicht, weshalb ihr Verständnis grundlegend ist, um vorherzusagen, wie natürliche Systeme auf Umweltveränderungen reagieren.

Schwefel und Eisen: Wesentliche Elemente in sauerstoffarmen Umgebungen

In sauerstoffarmen Umgebungen wie Meeresböden, Feuchtgebieten und Sedimenten sind mikrobielle Gemeinschaften stark auf Schwefel und Eisen angewiesen. Schwefel kann in verschiedenen Formen vorkommen, als Gas in der Atmosphäre, als gelöstes Sulfat im Meerwasser oder eingeschlossen in mineralischen Ablagerungen. Eisen hingegen wechselt zwischen verschiedenen chemischen Formen, abhängig von der Verfügbarkeit von Sauerstoff.

Wenn Mikroben Schwefel verarbeiten, verändern sie oft gleichzeitig die Form von Eisen, was eine wechselseitige Beziehung schafft, die den Nährstoffkreislauf beeinflusst und die Produktion oder den Verbrauch von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan beeinflusst. Das Verständnis dieser Wechselwirkungen ermöglicht es Wissenschaftlern, vorherzusagen, wie natürliche Systeme auf Umweltveränderungen wie Verschmutzung und globale Erwärmung reagieren.

Die Verwendung von Eisen zur Entfernung von giftigem Schwefelwasserstoff

In sauerstoffarmen Umgebungen produzieren einige Mikroben Schwefelwasserstoff, ein übel riechendes und giftiges Gas. Diese Verbindungen reagieren mit Eisenoxiden, bekannt als Rost, um die Schwefelwasserstoffkonzentrationen unter Kontrolle zu halten. Bis vor kurzem wurde angenommen, dass dieser Prozess nur durch chemische Reaktionen erfolgt, die elementaren Schwefel und Eisensulfid erzeugen.

Neue Forschungen haben jedoch eine neue Form der mikrobiellen Energiegewinnung namens MISO aufgedeckt, bei der dieser Prozess die Reduktion von Eisenoxiden mit der Oxidation von Sulfiden verbindet. Im Gegensatz zur rein chemischen Reaktion erzeugt MISO direkt Sulfate und umgeht dabei die Zwischenschritte im Schwefelkreislauf.

Ein schneller und weit verbreiteter Prozess, der den Planeten formt

Laborversuche haben gezeigt, dass die von Mikroben durchgeführte MISO-Reaktion schneller abläuft als die chemische Reaktion selbst, was darauf hindeutet, dass Mikroben die treibende Kraft hinter dieser Umwandlung in natürlichen Umgebungen sein könnten. Eine Vielzahl von Bakterien und Archaeen besitzt die genetische Fähigkeit, MISO durchzuführen, und sie sind in einer breiten Palette natürlicher und vom Menschen beeinflusster Umgebungen vorhanden.

Laut der Studie könnte die MISO-Aktivität in marinen Sedimenten für bis zu 7% der weltweiten Sulfidoxidation zu Sulfat verantwortlich sein. Dieser Prozess wird durch einen kontinuierlichen Zustrom von reaktivem Eisen gespeist, das aus Flüssen und schmelzenden Gletschern in die Ozeane gelangt.

Fazit

Die jüngsten Entdeckungen unterstreichen die entscheidende Rolle, die Mikroben bei der Regulierung der biogeochemischen Kreisläufe auf der Erde spielen. Durch das Verständnis von Prozessen wie MISO können wir unser Verständnis darüber verbessern, wie Ökosysteme auf Umweltveränderungen reagieren, was bei der Vorhersage der potenziellen Auswirkungen von Verschmutzung und globaler Erwärmung hilft. Diese Forschungen betonen die Fähigkeit der Mikroben, sich an verschiedene Umgebungen anzupassen und ihren großen Einfluss auf die Gesundheit des Planeten.