Stickstoffkreislauf

Bakterien gegen den Treibhauseffekt

Es ist giftig, fördert die Bildung von saurem Regen und trägt zum Treibhauseffekt bei: Stickstoffmonoxid. Manche Bakterien nutzen es aber auch als Energiequelle und stellen damit das Wissen über den Stickstoffkreislauf auf den Kopf.

Autoabgase
In Autoabgasen steckt viel Stickstoffmonoxid. Foto: © fotohansel / stock.adobe.com

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein giftiges, hochreaktives Gas. In der Industrie entsteht es als Nebenprodukt von Verbrennungen. So sind große Anteile an Stickstoffmonoxid in Autoabgasen, bei Kohlekraftwerken und Schiffen zu finden. Stickstoffmonoxid verätzt die Atemwege. Es kann den Sauerstofftransport im Blut stören und ist an der Bildung von saurem Regen und Lachgas beteiligt, welches den Treibhauseffekt und somit die Klimaerwärmung fördert. An der Luft reagiert Stickstoffmonoxid schnell zu Stickstoffdioxid (NO2), und belastet so vor allem dicht besiedelte Gebiete.

Energiereiches Stickstoffmonoxid

NO ist aber auch sehr energiereich und stand den ersten Lebewesen schon bevor es Sauerstoff in der Erdatmosphäre gab als Oxidationsmittel zur Verfügung. Damit könnte Stickstoffmonoxid entscheidend bei der Entstehung des Lebens mitgewirkt haben. Als natürlicher Teil des Stickstoffkreislaufs ist es heute ein zentrales Molekül. Seine Verwertung blieb dabei lange Zeit im Dunkeln.

Zeitschrift
Unterricht Biologie Nr. 447/2019 Stickstoff-Kreislauf

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Neue Entdeckung: Anammox-Bakterien

Das internationale Team aus Forschern des MPIs für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Radboud Universität in den Niederlanden haben nun Bakterien entdeckt, die für ihr Wachstum Stickstoffmonoxid verwerten – und das sogar in hochtoxischen Dosen. Die sogenannten Anammox-Bakterien führen eine anaerobe Ammoniumoxidation durch, ein wichtiger mikrobieller Prozess im Stickstoffkreislauf der Erde. Statt jedoch, wie üblich, Nitrit- und Ammoniumionen zu molekularen Stickstoff (N2), Wasser und Nitrat umzuwandeln, reduzieren Anammox-Bakterien zusätzlich NO. Dadurch entsteht am Ende ausschließlich molekularer Stickstoff, der für Lebewesen ungefährlich ist.

Weg mit dem Stickstoffmonoxid

Auf diese Weise verringern die Bakterien nicht nur den Stickstoffmonoxid-Gehalt der Erde, sondern stehen auch in Konkurrenz zu den Mikroben, die NO in das Treibhausgas Lachgas (N2O) umwandeln. Anammox-Bakterien tragen demnach nicht nur zu einer besseren Luft bei, sondern verzögern auch die Auswirkungen des Klimawandels. „Unsere Ergebnisse ändern einiges, was wir bisher über den Stickstoffkreislauf der Erde dachten.“, äußerte sich dazu der Forschungsleiter Boran Kartal. Dies ist auch für die Kläranlagen interessant. Die Entfernung von Stickstoffverbindungen aus den Abwässern wäre mit Anammox-Bakterien wesentlich günstiger und würde zudem weniger CO2 freisetzen als bisher.


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Literatur

Hu, Z./ Wessels, H. J. C. T./Alen, T. van/Jetten, M. S. M./Kartal, B. (2019). Nitric oxide-dependent anaerobic ammonium oxidation. Nature Communication, 10, 1244. doi: 10.1038/s41467-019-09268-w

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Fachwissen Schuljahr 5-13