Microbial nitrous oxide production associated with aquatic invertebrates
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der wichtigste wissenschaftliche Fortschritt dieser Studie besteht in der Entdeckung, dass N2O-Emission auch bei marinen Invertebraten weitverbreitet ist. Damit ist für marine Ökosysteme eine zusätzliche Rolle von Tier-Mikroben-Interaktionen für biogeochemische Stickstoffumsetzungen erkannt worden. Mit der N2O-Produktion durch Nitrifikation und Denitrifikation in mikrobiellen Biofilmen auf dem Exoskelett von Mollusken und höheren Krebsen ist außerdem ein Mechanismus aufgedeckt worden, der eine Alternative zur N2O-Produktion durch Darmdenitrifikation darstellt. Die in der Aquakulturindustrie weithin verwendete Weißtigergarnele weist die höchsten N2O-Emissionsraten auf, die bisher bei marinen und Süßwasserinvertebraten sowie bei Regenwürmern gefunden worden sind. Die größte Überraschung im Projektverlauf stellte die Entdeckung von N2O-Produktion in exoskeletalen Biofilmen dar. Bis dahin war man davon ausgegangen, dass invertebraten-assoziierte N2O-Produktion ausschließlich durch bakterielle Denitrifikation im anoxischen Darm der Tiere stattfindet. Weiterhin war überraschend, dass die abundanten Polychaetengattungen des Wattenmeeres wie Nereis und Arenicola sehr niedrige N2O-Emissionsraten aufwiesen. Es war vermutet worden, dass diese detritivoren (oder omnivoren) Tiergruppen mit ihrer Nahrung sehr viele Bakterien aufnehmen, die im wahrscheinlich anoxischen Darm N2O produzieren, wie dies für deposit- und filterfeeder aus dem Süßwasser gezeigt worden war. Es ist zu vermuten, dass die marinen Arten hohe Lysozymaktivität im Darm besitzen (tatsächlich gezeigt wurde dies für Nereis diversicolor), die zur Verdauung ingestierter Bakterien führt. Frau Heisterkamp wurde von einem Internetforum zu dem Thema ihrer Doktorarbeit befragt (www.spiesser.de). In einer Ausstellung im „Haus der Wissenschaft“ in Bremen (www.hausderwissenschaft.de) wurde die Arbeit zur N2O-Produktion im dentalen Biofilm des Menschen vorgestellt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010): Denitrification in human dental plaque. BMC Biology 8:24
Schreiber F, Stief P, Gieseke A, Heisterkamp IM, Verstraete W, de Beer D, Stoodley P
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(2010): Nitrous oxide production associated with coastal marine invertebrates. Marine Ecology Progress Series 415:1-9
Heisterkamp IM, Schramm A, de Beer D, Stief P
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ISME-13 (Seattle, Aug. 2010)
Heisterkamp et al.
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ISEB-20 (Istanbul, Sept. 2011)
Heisterkamp et al.
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NABS-2011 (Providence, May 2011)
Heisterkamp et al.
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(2012): Indirect control of the intracellular nitrate pool of intertidal sediment by the polychaete Hediste diversicolor. Marine Ecology Progress Series 445:181-192
Heisterkamp IM, Kamp A, Schramm AT, de Beer D, Stief P
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(2012): Shell biofilm nitrification and gut denitrification contribute to emission of nitrous oxide by the invasive freshwater mussel Dreissena polymorpha (zebra mussel). Applied and Environmental Microbiology 78:4505-4509
Svenningsen NB, Heisterkamp IM, Sigby-Clausen M, Larsen LH, Nielsen LP, Stief P, Schramm A
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ISME-14 (Kopenhagen, Sept. 2012)
Heisterkamp et al.
