Ob an Land oder im Wasser: Stickstoff ist neben Kohlen- und Sauerstoff der Nährstoff, ohne den weder Pflanzen, Tiere noch andere Organismen leben können. Er wird benötigt, um unverzichtbare Zellbestandteile wie Proteine und Erbmoleküle wie die DNA herzustellen. Die Nährstoffversorgung übernehmen in der Regel spezielle Bakterien, die in Symbiose mit Organismen und Lebewesen leben. Im Meer sind es chemosynthetische Bakterien, die auf der Oberfläche oder im Inneren von Meerestieren leben und ganz ohne Sonnenlicht, Nährstoffe produzieren und ihren Wirt damit versorgen. Dass diese Meeresbakterien Kohlenstoff fixieren und in organischen Kohlenstoff umwandeln können, war seit Langem bekannt.

Ein Team um Mikrobiologin Jillian Petersen von der Universität Wien hat nun gemeinsam mit Forschern vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie sowie Kollegen aus Frankreich, Italien und Kanada einen weiteren Vorteil der mikrobiellen Helfer entdeckt. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ berichten, können chemosynthetische Bakterien sogar Stickstoff binden. Die Forscher fanden die stickstofffixierenden Symbionten auf Mondmuscheln und Fadenwürmern vor der Insel Elba.

Meeresbakterien als Stickstoffrecycler

"Diese Entdeckung kam wirklich überraschend - denn die Bakterien können vermutlich auch Stickstoff aus ihrer Umgebung aufnehmen und den Stickstoffabfall ihrer Wirte wiederverwerten", sagt Jullian Petersen. Die Forscher stellten fest, dass die Meeresbakterien – anders als üblich - den Nährstoff also nicht erst aufwendig aus Stickstoffgas fixieren müssen.

Mithilfe moderner Sequenziermethoden sind die Forscher in den Muscheln jenen Genabschnitten auf die Spur gekommen, die für die Stickstofffixierung verantwortlich sind. “Das deutet darauf hin, dass die Symbionten aktiv im Inneren ihrer Wirte Stickstoff fixieren“, erklärt Petersen. Einen Beweis für die Stickstoffbindung fanden die Forscher auch in der Isotopenzusammensetzung des Stickstoffs. Dabei handelte es sich eindeutig um biologisch fixierten Stickstoff. Nicht nur vor Elba, auch in anderen Küstenregionen der Erde fanden die Forscher diese stickstofffixierenden Meeresbakterien. Daher sind die Forscher überzeugt, dass diese Fähigkeit der symbiotischen Bakterien Stickstoff zu binden, weit verbreitet ist.

Ozeane mit Stickstoff düngen

Darüber hinaus können chemosynthetische Symbionten nicht nur Stickstoff aus dem Inneren von Muscheln und Würmern binden, sondern auch freisetzen und so ihre Umgebung mit dem wichtigen Nährstoff düngen. Ob diese symbiotischen Bakterien auch die Fähigkeit haben, die Weltmeere mit dem notwenigen Stickstoff zu versorgen und somit das Ökosystem aufrecht zu halten, wollen die Forscher um Jullian Petersen als nächstes untersuchen.