Language
Country/Area
No result found
Wer ist der Held der Ammoniakoxidation? Erfahren Sie mehr über die erstaunliche Welt der Ammoniakoxidationsbakterien!
In der Natur ist der Stickstoffkreislauf von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit von Ökosystemen. Unter ihnen spielen Ammoniak oxidierende Bakterien eine ganz besondere und wichtige Rolle. Diese winzigen Organismen können Ammoniak in Nitrate umwandeln und den Boden mit lebenswichtigen Nährstoffen versorgen. In diesem Artikel wird die Schlüsselposition der Ammoniak-oxidierenden Bakterien (AOB) und ihrer Schwestergruppe der Ammoniak-oxidierenden Archaeen (AOA) im Stickstoffkreislauf untersucht und wie sie diesen heiklen, aber wichtigen ökologischen Prozess beeinflussen.
Der erste Schritt im Stickstoffkreislauf: Oxidation von Ammoniak
Der Prozess der Ammoniakoxidation beginnt mit der Oxidation von Ammoniak (NH3) oder Ammoniumradikalen (NH4+) zu Nitrit (NO <). sub>2-). Dieser Prozess wird oft als Ammoniakoxidation bezeichnet und der Erfolg dieser Stufe ist die Grundlage des Stickstoffkreislaufs.
Diese winzigen Organismen wandeln Ammoniak in Nitrate um und versorgen den Boden mit wichtigen Nährstoffen.
Ammoniakoxidierende Bakterien (AOB) und ammoniakoxidierende Archaeen (AOA) sind die Hauptorganismen, die diesen Prozess durchführen, und zeigen ihre Vielfalt und Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Umgebungen. AOB gehört normalerweise zu den gramnegativen Bakterien und kann weit verbreitet im Boden, in Wassersystemen, in Kläranlagen und an anderen Orten überleben. Beispielsweise sind Gattungen wie Nitrosomonas und Nitrococcus häufig untersuchte Ammoniak-oxidierende Bakterien und kommen in vielen Umgebungen vor.
Ammoniak-oxidierende Bakterien (AOB)
Ammoniakoxidierende Bakterien sind für ihre Fähigkeit bekannt, Ammoniak in Hydroxylamin umzuwandeln. Eines der Schlüsselenzyme, Ammoniakmonooxygenasen (AMOs), ist für die Oxidation von Ammoniak zu Hydroxylamin unerlässlich. Dieser Prozess reagiert sehr empfindlich auf Umweltbedingungen (wie pH-Wert, Temperatur und Sauerstoffversorgung), sodass die Verbreitung ammoniakoxidierender Bakterien eng mit ihrer Umgebung zusammenhängt.
Ammoniak-oxidierende Archaeen (AOA)
Obwohl Wissenschaftler vor 2005 glaubten, dass nur Ammoniak oxidierende Bakterien in der Lage seien, Ammoniak zu oxidieren, änderte das Vorhandensein von Ammoniak oxidierenden Archaeen in Sprays diese Ansicht. Im Vergleich zu AOB dominieren AOA im Allgemeinen die Boden- und Meeresumgebung, was sie zu wichtigen Akteuren bei der Ammoniakoxidation macht. Darüber hinaus wurde Crenarchaeol, eine in Archaeen vorkommende Verbindung, als Biomarker für AOA vorgeschlagen, was einen Zusammenhang mit der Ammoniakoxidation zeigt.
Oxidationsprozess salpetriger Säure
Im zweiten Schritt des Stickstoffkreislaufs wird Nitrit weiter zu Nitrat oxidiert, ein Prozess, der allgemein als Nitritoxidation bekannt ist. Verantwortlich für diesen Schritt sind in der Regel nitritoxidierende Bakterien, die in Böden, Süßwasser- und Meeresökosystemen vorkommen und die notwendige Unterstützung für die Vervollständigung des Stickstoffkreislaufs bieten.
Neue Entdeckung der vollständigen Ammoniakoxidation
Im Jahr 2015 entdeckten Wissenschaftler, dass bestimmte Bakterien wie Nitrospira inopinata Ammoniak in einem einzigen Schritt zu Salpetersäure oxidieren können, eine Entdeckung, die unser Verständnis des Stickstoffkreislaufs revolutionierte. Dabei unterstützen die Aktivitäten vieler Mikroorganismen nicht nur den biogeochemischen Stickstoffkreislauf, sondern versorgen Pflanzen auch mit den notwendigen Nitraten. Die Existenz dieses Prozesses lässt uns zweifellos die Hauptrolle von Mikroorganismen in Ökosystemen überdenken.
Historischer Hintergrund des Stickstoffkreislaufs
Das Wissen über den Stickstoffkreislauf reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück, als Louis Pasteur erstmals die Idee vorschlug, dass die Oxidation von Ammoniak ein biologischer Prozess sei. Im Laufe der Zeit führten viele Wissenschaftler eingehende Untersuchungen zum Stickstoffkreislauf durch, und der Oxidationsprozess von Nitrit war ein entscheidendes Glied im Kreislauf. Diese frühen Untersuchungen führten zur Entwicklung der modernen Mikrobiologie.
Die Bedeutung der Ökologie
Da Stickstoff ein wichtiges Element für das Pflanzenwachstum ist, kommt der Rolle ammoniakoxidierender Bakterien in der Landwirtschaft eine besondere Bedeutung zu. Wenn Ammoniak in den Boden gelangt, wird es über den Stickstoffkreislauf in Nitrate umgewandelt, die von den Pflanzen aufgenommen werden können. Dies ist besonders wichtig bei der Ausbringung von Düngemitteln, da es die Reinigung und den Stickstoffverlust beeinflusst. Noch wichtiger ist, dass der Ammoniakumwandlungsprozess auch eine unverzichtbare Rolle bei der Entfernung von Stickstoff aus kommunalem Abwasser spielt, wodurch ammoniakoxidierende Bakterien eine wichtige Rolle in der Umweltwissenschaft spielen.
Zukünftige Herausforderungen
Da sich Umweltprobleme wie der Klimawandel und die Stickstoffbelastung des Grundwassers weltweit verschärfen, ist das Verständnis und Management des Stickstoffkreislaufs zu einem wichtigen aktuellen Thema geworden. Die Fähigkeit ammoniakoxidierender Bakterien, sich an den Stickstoffkreislauf in extremen Umgebungen anzupassen, liefert wichtige Hinweise für die zukünftige Wiederherstellung und Gestaltung von Ökosystemen. Gleichzeitig ist die wirksame Auswahl von Ammoniakoxidationsinhibitoren zur Reduzierung des Stickstoffverlusts und zur Verbesserung der Düngemitteleffizienz zu einem dringend zu lösenden Problem geworden.
Zu welchen Veränderungen führen Ammoniak oxidierende Bakterien in dieser Welt der Mikroorganismen und welche Auswirkungen werden sie auf unsere Zukunft haben?
