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Wissenschaftler haben überraschende mikrobielle Gemeinschaften unter dem arktischen Meereis entdeckt — Organismen, die die genetischen Werkzeuge besitzen, um Stickstoff aus der Atmosphäre zu binden, an einem Ort, an dem man das nie erwartet hätte. Diese Funde könnten sich durch arktische Nahrungsnetze ziehen und sogar globale Vorhersagen zu Kohlenstoff und Klima beeinflussen.
Verborgene Stickstofffabriken unter dem Eis
Stickstoff macht ungefähr 78 % der Erdatmosphäre aus, doch die meisten Lebewesen können ihn erst nutzen, wenn er in biologisch verfügbare Formen wie Ammoniak oder Ammonium umgewandelt wurde. Mikroben, die diese Umwandlung leisten, nennt man Stickstofffixierer; sie bilden die Basis vieler Ökosysteme, indem sie ein kritisches Nährstoffangebot liefern.
Jahrzehntelang gingen Ozeanographen davon aus, dass diese stickstoffbindenden Mikroben — insbesondere jene, die großskalige marine Prozesse antreiben — auf warme, sonnenbeschienene Regionen des Ozeans beschränkt sind. Die Arktis mit ihren niedrigen Temperaturen, dem geringen Licht und dem dicken Meereis schien unwirtlich. Jüngste Forschungsergebnisse unter der Leitung von Lisa von Friesen von der Universität Kopenhagen stellen diese Annahme in Frage.
Anhand von Proben aus dem Zentralarktischen Ozean und dem eurasischen Arktisraum identifizierte das Team von von Friesen zahlreiche nicht-cyanobakterielle Diazotrophe (NCDs): Bakterien, die Gene für die Stickstofffixierung tragen, aber nicht auf Photosynthese angewiesen sind. Zwar haben die Forschenden noch nicht in jeder Probe direkt aktive Stickstofffixierungsraten gemessen, doch Verbreitung und genetisches Potenzial dieser Mikroben deuten stark darauf hin, dass sie eine Rolle im arktischen Stickstoffkreislauf spielen.
Warum das für Ökosysteme und Klima wichtig ist
Diese Mikroben sind keine bloße mikrobielle Kuriosität. NCDs können Algen mit Stickstoff versorgen, und Algen sind die Hauptnahrungsquelle für winzige Krebstiere, die wiederum Kleinfische und schließlich größere Räuber ernähren. Kurz gesagt: Mehr verfügbares Stickstoff könnte mehr Algen bedeuten und damit das gesamte arktische Nahrungsnetz stärken.
„Man nahm an, dass unter dem Meereis keine Stickstofffixierung stattfinden könne, weil die Lebensbedingungen für die Organismen, die Stickstoff fixieren, zu schlecht seien“, sagt von Friesen. „Wir lagen falsch.“
Auch für das Klima hat das Folgen. Algen entziehen der Atmosphäre beim Wachstum Kohlendioxid; wenn eine erhöhte Stickstoffverfügbarkeit zu mehr Algenbiomasse führt, könnte der Arktische Ozean mehr CO2 binden. „Wenn die Algenproduktion zunimmt, wird der Arktische Ozean mehr CO2 aufnehmen, weil mehr CO2 in Algenbiomasse gebunden wird“, erklärt der Meeresmikrobenökologe Lasse Riemann — er warnt jedoch, dass das System komplex ist und andere Rückkopplungen diesen Effekt abschwächen könnten.
Die Forschenden beobachteten außerdem, dass die Ränder des Meereises tendenziell höhere Konzentrationen dieser stickstofffixierenden Mikroben und erhöhte vermutete Fixierungsaktivität aufweisen. Dieses Muster ist bedeutsam, weil das arktische Meereis durch die Erwärmung schrumpft und fragmentierter wird. Offeneres Meer und größere Randzonen könnten Lebensräume schaffen, die Stickstofffixierer begünstigen und so ihre Wirkung verstärken.
Wissenschaftlicher Kontext und nächste Schritte
Bis vor Kurzem berücksichtigten die meisten Modelle des marinen Stickstoffkreislaufs und der Klima-Rückkopplungen keine signifikante arktische Stickstofffixierung. Von Friesen und Kolleginnen und Kollegen plädieren dafür, dass künftige Klima- und biogeochemische Modelle die arktische Stickstofffixierungsaktivität explizit einbeziehen sollten, um Kohlenstoffaufnahme, Verschiebungen im Nahrungsnetz und atmosphärische Austausche besser vorherzusagen.
Zentrale nächste Schritte umfassen direkte Messungen der Stickstofffixierungsraten unter verschiedenen Eisbedingungen, Experimente, die verfolgen, wie durch NCDs fixierter Stickstoff in Algenbiomasse gelangt, sowie die Einbindung dieser Prozesse in regionale und globale Klimamodelle. Verbesserte Probenahmen über Jahreszeiten hinweg und während schneller Sommerschmelze werden klären, wann und wo diese Meeresmikroben am aktivsten sind.
Expertinneneinschätzung
„Die Entdeckung von Diazotrophen unter dem Meereis verändert unser Bild polarer Ökosysteme“, sagt Dr. Maya Henderson, Meeresbiogeochemikerin am Polar Research Institute. „Wenn diese Bakterien aktiv sind, könnten sie Nährstoffbilanzen und Kohlenstoffflüsse in einer Region verändern, die schneller erwärmt als der globale Durchschnitt. Modelle, die diesen Prozess auslassen, laufen Gefahr, die biologischen Reaktionen der Arktis und ihre Klima-Rückkopplungen zu unterschätzen.“
Rückgang des Meereises und potenzielle Auswirkungen auf die Raten der Stickstofffixierung. (von Friesen et al., Commun. Earth Environ., 2025)
Während Forschende mehr Felddaten erzeugen und mikrobielle Prozesse in Modelle integrieren, wird die Rolle der arktischen Stickstofffixierer klarer werden. Vorausgesetzt bleibt: Ihre Präsenz unter dem Eis erinnert daran, dass selbst die kältesten, dunkelsten Ecken unseres Planeten überraschendes Leben beherbergen können — und dass diese Organismen weit über ihre mikroskopische Größe hinaus Bedeutung haben.
Quelle: sciencealert
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