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Microbial nitrous oxide production associated with aquatic invertebrates

Applicant Dr. Peter Stief
Subject Area Microbial Ecology and Applied Microbiology
Term from 2010 to 2012
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 172557344
 
Final Report Year 2013

Final Report Abstract

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.

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