In Kanalwasser entdeckt 27.10.2016, 07:34 Uhr

Neue Mikrobe wandelt Klimakiller Methan in harmloses CO2 um

Forscher haben in einer Wasserprobe des Twentekanals eine Mikrobe entdeckt, die Rost „frisst“ und dabei gleichzeitig besonders klimaschädliches Methan in viel harmloseres Kohlendioxid umwandelt. Die Entdeckung könnte die weltweite Methan-Belastung verringern. Jahrelang war die Mikrobe übersehen worden …

Auftauende Permafrostböden wie hier in den arktischen Regionen geben Methan frei. Methan ist 30-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid.

Auftauende Permafrostböden wie hier in den arktischen Regionen geben Methan frei. Methan ist 30-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid.

Foto: Hans Hubberten/Alfred-Wegener-Institut

Wenn von der globalen Erderwärmung, also dem Treibhauseffekt die Rede ist, spielt immer wieder das Kohlendioxid eine wichtige Rolle. Dabei gibt es ein weiteres Gas, das Methan, dessen Rolle bei der Erderwärmung pro Kilogramm rund 30-mal bedeutender ist. Es entweicht zum Beispiel, wenn Permafrostböden auftauen wie in Ostsibirien und in den aktischen Regionen, wo große Mengen Methan im Boden eingeschlossen sind. In den USA wurde mit Hilfe von Satellitenaufnahmen eine riesiges Leck in der Erde entdeckt, aus dem große Mengen Methan entweichen.

Deshalb ist die Entdeckung einer kleinen Mikrobe, die das Kunststück vollbringt, Methan mit Hilfe von Eisen in Kohlendioxid umzuwandeln, nicht nur eine Randnotiz der Wissenschaft. Denn dadurch wird reduziertes Eisen frei, das dann anderen Organismen zur Verfügung steht.

In dieser Laborprobe aus dem Twentekanal in den Niederlanden fanden Forscher jetzt die Mikrobe, die Methan in CO2 umwandeln kann.

In dieser Laborprobe aus dem Twentekanal in den Niederlanden fanden Forscher jetzt die Mikrobe, die Methan in CO2 umwandeln kann.

Foto: MPI Bremen

Der kleine Eisenfresser, eine Archaee aus der Ordnung der Methanosarcinales, setzt auf diese Weise eine Energiekaskade in Gang, die sowohl den Eisen- als auch den Methankreislauf beeinflusst.

Mikrobenprobe schlummerte viele Jahre im Labor

„Wir sahen uns den genetischen Fingerabdruck dieser Mikroorganismen an und vermuteten, dass sie im Zug der Methanoxidation partikuläres Eisen – im Grunde nichts anderes als Rost – umsetzen können“, schildert Boran Kartal vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie (MPI Bremen).  „Diese Vermutung überprüften wir dann im Labor. Und tatsächlich – diese Mikroben schaffen es.“

Methanblasen in einem Eisblock.

Methanblasen in einem Eisblock.

Foto: Alfred-Wegener-Institut

Schon lange kursiert unter Mikrobiologen der Verdacht, dass es Bakterien geben muss, die Methan mit Hilfe von Eisen in Kohlendioxid umwandeln können. Nur gelang es bisher keinem Forscherteam, die kleinen Eisenfresser aufzuspüren und zu isolieren.

„Nach Jahren der Suche versteckten sie sich in unserer eigenen Probesammlung“, verrät Mike Jetten von der Radbound Universität in Nijmegen mit einem Lächeln. „Wir fanden sie schließlich in Anreicherungskulturen aus dem Twentekanal in den Niederlanden, die sich seit Jahren in unserem Labor befinden.“

Im Wasser des Twentekanals entdeckten Forscher jetzt Mikroben, die Methan umwandeln können.

Im Wasser des Twentekanals entdeckten Forscher jetzt Mikroben, die Methan umwandeln können.

Foto: MPI Bremen

Die Entdeckung der eisenabhängigen Methanoxidierer kann auch die Frühgeschichte des Planeten Erde in ein neues Licht tauchen. Denn solche Bakterien könnten vor gut drei Milliarden Jahren in der methanreichen Atmosphäre des eisenhaltigen Urozeans eine erste Blütezeit gehabt haben.

Bedeutende Rolle bei der Abwasserreinigung

Ihr wahres Können dürften die Mikroben aber vor allem bei der Abwasserreinigung zeigen. Denn sie können auch Nitrat in Ammonium umwandeln. Damit arbeiten sie anderen Bakterien zu, die Ammonium ganz ohne Sauerstoff in Stickstoffgas umwandeln können. „Das ist wichtig in der Abwasserreinigung“, sagt Kartal. „Man kann einen Bioreaktor bauen, der zweierlei Mikroorganismen enthält, die ohne Sauerstoff sowohl Methan als auch Ammonium umsetzen können. In diesem könnte dann gleichzeitig Ammonium, Methan und oxidierter Stickstoff aus dem Abwasser in harmloses Stickstoffgas und Kohlendioxid umgewandelt werden.“

Forscher des Alfred-Wegener-Instituts vor einer Wand im Permafrostboden auf Herschel Island in Kanada: Beim Auftauen solcher Böden entweichen große Mengen Methan in die Umwelt.

Forscher des Alfred-Wegener-Instituts vor einer Wand im Permafrostboden auf Herschel Island in Kanada: Beim Auftauen solcher Böden entweichen große Mengen Methan in die Umwelt.

Foto: Michael Fritz/Alfred-Wegener-Institut

Eine solche Prozesskaskade kann auch in Reisfeldern zur Anwendung kommen. Immerhin ein Fünftel der weltweiten vom Menschen verursachten Methanproduktion stammt aus Reisfeldern.

Erkenntnisse in Fachjournal PNAS publiziert

Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen haben Kartal und die beiden Erstautoren Katharina Ettwig von der Radboud Universität und Baoli Zhu vom Helmholtz Zentrum in München in der Fachzeitschrift Proceedings of the Natioal Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

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