Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Aalborg hat im Rahmen der Studie „Microflora Danica“ das Mikrobiom Dänemarks erstmals flächendeckend kartiert. Die in Nature veröffentlichte Analyse von über 10.000 Umweltproben zeigt, wie mikrobielle Gemeinschaften, insbesondere Nitrifikanten, den Stickstoffkreislauf, Überdüngung und Treibhausgasemissionen beeinflussen. Forscher der Universität Wien waren maßgeblich an der Untersuchung der Nitrifikanten beteiligt.
Hintergrund: Mikrobiome und Landwirtschaft
Dänemark ist zu zwei Dritteln landwirtschaftlich genutzt, und der Einsatz von Stickstoffdüngern führt zu erheblichen Umweltbelastungen. Nitrifikanten, Bakterien und Archaeen, steuern, wie lange reaktiver Stickstoff für Pflanzen verfügbar bleibt oder in schädliche Formen wie Nitrat (für Gewässer) oder Lachgas (N?O, ein starkes Treibhausgas) umgewandelt wird. Überdüngung verursacht Algenblüten, Todeszonen in Meeren und trägt zum Ozonabbau bei. Die Studie liefert einen Atlas der mikrobiellen Vielfalt mit hoher räumlicher Auflösung, basierend auf 10.683 Metagenomen und rRNA-Daten.
Ergebnisse: Nitrifikanten und Umweltbelastung
Die Analyse zeigt, dass zwei dominante Nitrifikanten-Gruppen – TA-21 (Ammoniak-oxidierende Archaeen) und Comammox-Nitrospira Clade B – in landwirtschaftlichen und natürlichen Böden weit verbreitet sind, aber nicht im Labor kultivierbar. Auch unbekannte Gruppen Nitrit-oxidierender Bakterien wurden entdeckt. Diese Organismen beeinflussen, wie viel Stickstoff als Nitrat ins Grundwasser gelangt oder als Lachgas emittiert wird. Landwirtschaftlich intensiv genutzte Böden zeigen lokal hohe mikrobielle Vielfalt, sind aber landesweit homogener, während natürliche Lebensräume mehr Gesamtvielfalt bewahren. Diese „mikrobiellen Fingerabdrücke“ könnten Renaturierungsprojekte bewerten.
Bedeutung für Nachhaltigkeit
Die Erkenntnisse sind entscheidend für eine nachhaltige Landwirtschaft. Unterschiedliche Nitrifikanten produzieren unterschiedliche Mengen Lachgas und reagieren variabel auf Nitrifikationsinhibitoren. Ein besseres Verständnis ihrer Verbreitung ermöglicht optimierten Düngemitteleinsatz und reduzierte Emissionen. Für Österreich, mit ähnlichen Herausforderungen in Landwirtschaft und Gewässerschutz, bietet die Studie ein Vorbild für nationale Mikrobiom-Analysen, um Klimaschutz und Naturschutz datenbasiert zu verbinden.
Ausblick
Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit, Mikrobiome in landwirtschaftliche und Umweltstrategien einzubeziehen. Zukünftige Forschung könnte die Funktion der unkultivierbaren Nitrifikanten klären und deren Einfluss auf nachhaltige Praktiken präzisieren, um Überdüngung und Treibhausgaseffekte zu minimieren.
Originalpublikation:
C. M. Singleton, T. B. N. Jensen, F. Delogu, K. S. Knudsen, E. A. Sørensen, V. R. Jørgensen, S. M. Karst, Y. Yang, M. Sereika, F. Petriglieri, S. Knutsson, S. M. Dall, R. H. Kirkegaard, J. M. Kristensen, C. K. Overgaard, B. J. Woodcroft, D. R. Speth, S. T. N. Aroney, The Microflora Danica Consortium, M. Wagner, M. K. D. Dueholm, P. H. Nielsen & M. Albertsen: The Microflora Danica atlas of Danish environmental microbiomes.In: Nature. 2025
DOI: 10.1038/s41586-025-09794-2
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09794-2
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