Bremen, 03. Juni 2025 – Mikroorganismen auf Sandkörnern in sauerstoffreichen Küstengewässern spielen eine überraschende Rolle bei der Reduktion von Stickstoff: Manche Mikroben verbrauchen den gesamten Sauerstoff in ihrer Umgebung und schaffen so winzige sauerstofffreie Zonen, in denen ihre Nachbarn Nitrat durch Denitrifizierung abbauen. Dies zeigt eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Scientific Reports.
Fanni Aspetsberger
Menschliche Stickstoffbelastung und natürliche Lösungen
Durch Aktivitäten wie Landwirtschaft hat der Mensch den Stickstoffeintrag in Küstenmeere stark erhöht. Mikroorganismen entfernen diesen überschüssigen Stickstoff durch Denitrifizierung – einen Prozess, der normalerweise nur in sauerstofffreien Zonen abläuft. Überraschenderweise findet er auch in durchlüfteten Sanden statt. Die Bremer Forschenden haben nun den Mechanismus entschlüsselt: Ungleichmäßig verteilte Mikroben auf Sandkörnern verbrauchen lokal den gesamten Sauerstoff, wodurch anoxische Mikronischen entstehen. In diesen Zonen können benachbarte Mikroben Nitrat abbauen, selbst in sauerstoffreichen Umgebungen.
Winzige Strukturen, große Wirkung
Mit mikrofluidischer Bildgebung machten die Forschenden die Dynamik sichtbar: „Zehntausende Mikroben leben auf jedem Sandkorn. Wir konnten sauerstoffverbrauchende und -produzierende Gruppen nur wenige Mikrometer voneinander entfernt unterscheiden“, erklärt Farooq Moin Jalaluddin vom Max-Planck-Institut. Einige Mikroben verbrauchen mehr Sauerstoff, als das Porenwasser nachliefert, wodurch sauerstofffreie Bereiche entstehen. „Unsere Modelle zeigen, dass diese anoxischen Mikronischen bis zu einem Drittel der Denitrifizierung in sauerstoffhaltigen Sanden ausmachen“, so Jalaluddin.
Globale Bedeutung
Permeable Sande bedecken etwa die Hälfte der Küstengebiete weltweit und sind ein wertvoller Lebensraum. Die Studie zeigt, dass die Denitrifizierung in diesen Mikronischen bis zu einem Drittel des Stickstoffverlusts ausmacht. „Das ist ein wichtiger Abbauweg für anthropogenen Stickstoff in den Ozeanen“, sagt Mitautor Soeren Ahmerkamp, nun am Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde. Die Entdeckung unterstreicht, wie winzige Strukturen auf Sandkörnern global zur Reduktion von Stickstoffbelastung beitragen.
Die Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung von Mikroorganismen in Küstengewässern und bieten neue Einblicke in den natürlichen Schutz unserer Meere vor menschgemachter Verschmutzung.
Originalpublikation:
Jalaluddin, F.M., Ahmerkamp, S., Marchant, H.K. et al. Microenvironments on individual sand grains enhance nitrogen loss in coastal sediments. Sci Rep 15, 16384 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41598-025-00755-3
