Meeresmikroben blockieren in die Atmosphäre eintretende Treibhausgase
Methan (CH4) ist ein starkes Treibhausgas, aber die Menge, die aus den Ökosystemen in die Umwelt gelangt, wird von einigen Arten von Mikroorganismen eingeschränkt. Diese Mikroorganismen, sogenannte Methanotrophe, oxidieren CH4, um Energie und eine Kohlenstoffquelle für ihren Stoffwechsel zu erhalten. Obwohl die Methanoxidation aerob oder anaerob auftreten kann, ist nur wenig über anaerobe Methanotrophen bekannt. Die anaerobe Oxidation von Methan durch Mikroben, sogenannte Archaea, ist an die Reduktion von Sulfat (SO42-) durch Bakterien gekoppelt und verhindert, dass CH4 aus der marinen Umwelt in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Mikroorganismen, die für diesen Prozess und seine Pfade verantwortlich sind, wurden vom SUREANMETOX-Projekt (Sulphate reduction dependent anaerobic methane oxidation in novel membrane and electrochemical bioreactors) untersucht. Die Forscher entwickelten zwei unterschiedliche Reaktoren für die Anreicherung von Mikroorganismen, die anaerobe Oxidation von Methan durchführen. In einem Reaktor wurde eine äußere Membran verwendet, um die effiziente Rückhaltung von Biomasse zu ermöglichen, während der andere Reaktor als Rieselbett konzipiert wurde, um das Zurückhalten sicherzustellen. Die Sulfatreduktion wurde zusammen mit der Sulfid-Produktion im Membran-Bioreaktor (MBR) und im Festbettreaktor (PBR) gemessen. Sediment aus dem Schlammvulkan Ginsburg im Golf von Cadiz wurde als anaerobes Inokulum für den MBR-Reaktor verwendet. Illumina Hochdurchsatz-Sequenzanalyse von 16SrRNA Genen zeigte, dass sogar, nachdem der Reaktor etwa 360 Tage betrieben wiurde, die Werte anaerobe methanotropher (anaerobic methanotroph, ANME) Archaea niedrig waren. Ähnliche Ergebnisse gab es für den PBR. Aufgrund der logistischen Schwierigkeiten, die mit der Gewinnung von tiefen marinen Sedimenten mit hoher AOM-Aktivität zusammenhängen, untersuchten die Forscher auch die Verwendung von Sedimenten aus der Grevelingensee. Dies ist ein Binnenmeer in den Niederlanden, der früher Teil der Rhein Maas-Mündung war. Hohe Abscheidungsraten und der Abbau organischer Materie haben zu methanreichen anoxischen Sedimenten geführt, was in Kombination mit Sulfat aus dem Meerwasser bedeutet, dass der See eine mögliche Nische für AOM ist. Der Nachweis der AOM wurde in einer Tiefe von 5 bis 15 cm im Sediment erbracht. ANME und archaeale Zellen wurden durch 16rRNA Gen-Sequenzierung ermittelt und mithilfe von FISH-Analyse (fluorescence in situ hybridization) beobachtet. SUREANMETOX erbringt zum ersten Mal den Nachweis für das Auftreten von AON in Sedimenten aus der Grevelingensee. Darüber hinaus ermöglichten MBR- und PBR-Reaktoren den Projektpartnern, Anreicherungskulturen zu erhalten, die zur Isolierung der wichtigsten Akteure im globalen CH4-Zyklus beitragen werden.
Schlüsselbegriffe
Anaerobe Oxidation von Methan, Methanotrophen, Archaea, Sulfat, Bakterien, SUREANMETOX, Membranbioreaktor, Festbettreaktor, 16SrRNA, Grevelingemeer, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
