(Vincent Pommeyrol/Getty Images) Tropische Regenwälder werden oft als die Lunge unseres Planeten bezeichnet, da sie der Atmosphäre große Mengen Kohlendioxid entziehen und im Gegenzug Sauerstoff abgeben. Wie sich jedoch herausstellt, gibt es welche noch größere Lungen in unseren Ozeanen.
Seegraswiesen sind riesige Felder mit Unterwasserpflanzen, die Kohlenstoff binden können 35-mal schneller als tropische Regenwälder . Zusammen mit der Tundra sind dies Küstenökosysteme unter den Sie sind die größten Kohlenstoffsenken der Welt, doch wir wissen überraschend wenig darüber, was ihre hohe Produktivität antreibt.
Eine neue Studie legt nahe, dass diese Meereswiesen bei der Kohlenstoffbindung nicht annähernd so stark wären, wenn es nicht einen versteckten Helden gäbe, der sich im Gras verbirgt.
Leben direkt in den Wurzeln des Neptungrases ( Posidonia Oceanica ) haben Forscher im Mittelmeerraum eine neue Art von Bakterien namens entdeckt Celerina tantimonas neptuna , das Stickstoffgas in einen Nährstoff umwandeln kann, den Meerespflanzen tatsächlich für die Photosynthese nutzen können.
Das ähnelt verblüffend der Art und Weise, wie Pflanzen an Land ebenfalls Stickstoff aufnehmen, und doch wurde eine solche symbiotische Beziehung noch nie zuvor bei Meerespflanzen gefunden.
Die Studie konzentrierte sich nur auf eine bestimmte Seegrasart im Mittelmeer, da es sich jedoch um Verwandte davon handelte C. Neptun Obwohl es weltweit zu Vorkommnissen kommt, vermuten die Autoren, dass ähnliche Zusammenhänge auch andernorts bestehen könnten.
„Man ging davon aus, dass der sogenannte fixierte Stickstoff für die Seegräser von Bakterien stammt, die rund um ihre Wurzeln im Meeresboden leben.“ erklärt Meeresmikrobiologin Wiebke Mohr vom Max-Planck-Institut in Bremen.
„Wir zeigen jetzt, dass der Zusammenhang viel enger ist: Die Bakterien leben in den Wurzeln des Seegrases.“ „Dies ist das erste Mal, dass eine solch enge Symbiose bei Seegräsern gezeigt wurde.“
Die Forscher identifizierten die neuartigen Bakterien mithilfe mikroskopischer Techniken, bei denen verschiedene Bakterienarten, die in und zwischen den Wurzelzellen des Neptun-Seegrases leben, durch unterschiedliche Farbmarkierungen hervorgehoben werden.
Im Vergleich zu den um das Seegras verstreuten Sandsedimenten fanden die Autoren heraus, dass die Pflanze selbst mehr als achtmal so viel Kohlendioxid speichern konnte. Und das galt auch dann, wenn in der Wassersäule keine nachweisbaren Stickstoffnährstoffe vorhanden waren.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass etwas anderes darin bestand, Stickstoffgas zu reparieren und für die Meeresanlage umzuwandeln. Bei näherer Betrachtung stellte das Team fest, dass das Mikrobiom der Wurzeln der Pflanze nicht mit dem Mikrobiom des umgebenden Sediments übereinstimmte.
Der Unterschied schien hauptsächlich auf ein einzelnes Bakterium zurückzuführen zu sein, das die Autoren fanden, dass es im Sommer, wenn der Stickstoff am knappsten ist, in den Seegraswurzeln in den größten Mengen vorkommt. Sobald der Stickstoff in diesen Wurzeln gewonnen ist, scheint er sich schnell in der Pflanze zu verteilen.
„Dieser Transfer verlief schnell, wobei bereits innerhalb von 24 Stunden bis zu etwa 20 Prozent des frisch fixierten Stickstoffs in die Blattbiomasse assimiliert wurden“, so die Autoren schreiben .
Im Gegenzug glaubt das Team, dass das Seegras seine ansässigen Bakterien wahrscheinlich mit Zucker versorgt – eine symbiotische Beziehung, die wir bisher übersehen haben und die möglicherweise uralt ist.
Es wird angenommen, dass sich Seegräser vor etwa 100 Millionen Jahren aus blühenden Pflanzen entwickelt haben, die ihren Weg zurück ins Meer fanden.
Die Autoren vermuten, dass während dieses Übergangs die speziellen Wurzelmikrobiome, die bereits für die Stickstofffixierung an Land etabliert waren, wahrscheinlich durch eine marine Version ersetzt wurden.
„Sie haben das an Land sehr erfolgreiche System quasi kopiert und sich dann, um im nährstoffarmen Meerwasser zu überleben, einen Meeressymbionten zugelegt“, so Mohr vermutet .
Wo C. Neptun woher es eigentlich kam, ist eine andere Sache. Seine genetischen Merkmale lassen darauf schließen, dass seine Vorfahren in der Küstenumgebung lebten, wo es wahrscheinlich mit Seetang in Verbindung gebracht wurde, der keine Wurzeln hat.
Die nächsten heute lebenden Verwandten hingegen stammen aus den Wurzeln von Salzwiesengräsern und tropischen Seegräsern, wo die Bakterien wahrscheinlich eine ähnliche Symbiose wie mit Seetang eingehen (obwohl dies noch bestätigt werden muss).
„Genauso wie [Stickstoff]-fixierende Mikroorganismen die Besiedlung stickstoffarmer Böden durch frühe Landpflanzen unterstützt haben könnten“, so die Autoren schreiben , 'die Vorfahren von C. Neptun und seine Verwandten ermöglichten es Blütenpflanzen wahrscheinlich, in stickstoffarme Meereslebensräume einzudringen, wo sie äußerst effiziente Ökosysteme mit blauem Kohlenstoff bildeten.“
Die Autoren planen nun, die neuen Wurzelbakterien im Labor zu untersuchen, um genauer zu sehen, wie die Stickstofffixierung abläuft. Mohr ist gespannt, ob andere Seegrassysteme auf der ganzen Welt auf ähnlichen Beziehungen beruhen.
Wenn man bedenkt, wie wichtig Seegras-Ökosysteme in unserer aktuellen Klimakrise sind, ist es an der Zeit, dass wir wissen, wie sie funktionieren.
Besonders gegeben Wir zerstören Seegraswiesen bei einem geraden schnellere Rate als tropische Regenwälder .
Die Studie wurde veröffentlicht in Natur .