Mikroorganismen im Boden prägen den globalen Kohlenstoffkreislauf

Ob tot oder lebendig, Bodenmikroorganismen spielen eine wichtige Rolle im biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf in der terrestrischen Biosphäre. Aber welche spezifische Rolle spielt der Tod für die Bakterien, Pilze und Mikrofauna, die das Bodenmikrobiom bilden?

Das ist das Thema einer neuen Überprüfung durch Wissenschaftler und Mitarbeiter des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Der Artikel, erschienen in Nature Reviews Mikrobiologiebeschreibt, wie lebende und tote Mikroorganismen die terrestrische Biogeochemie stark beeinflussen, indem sie organische Bodensubstanz bilden und abbauen – den größten terrestrischen Vorrat an organischem Kohlenstoff und Stickstoff des Planeten und eine Hauptquelle für andere wichtige Makronährstoffe und Mikronährstoffe.

Durch die Gestaltung des Umsatzes organischer Bodensubstanz beeinflussen Bodenmikroorganismen die atmosphärische CO2-Konzentration und das globale Klima und tragen zur Bereitstellung entscheidender Ökosystemleistungen wie Bodenfruchtbarkeit, Kohlenstoffbindung, Pflanzenproduktivität und Bodengesundheit bei.

„Unser neues Verständnis darüber, wie organische Stoffe durch den Boden zirkulieren, betont die Bedeutung sowohl lebender als auch toter Mikroorganismen bei der Bildung von organischem Kohlenstoff im Boden. Es ist zunehmend möglich, dieses Verständnis in biogeochemischen Modellen zu nutzen und die Funktionsweise von Ökosystemen unter neuen Klimaregimen besser vorherzusagen“, sagte er LLNL-Wissenschaftler Noah Sokol, Hauptautor des Papiers.

Das Bodenmikrobiom ist die vielfältigste Gemeinschaft in der Biosphäre und beherbergt mindestens ein Viertel der gesamten Biodiversität der Erde. Zehn Millionen Arten von Bakterien, Archaea, Pilzen, Viren und Mikroeukaryoten koexistieren unter der Erde, obwohl nur wenige hunderttausend im Detail charakterisiert wurden. Ein einziges Gramm Oberflächenerde kann mehr als 109 bakterielle und archaeale Zellen, Billionen von Viren und Zehntausende von Protisten enthalten. Der Einfluss des Bodenmikrobioms auf die Biogeochemie geht jedoch weit über die Stoffwechselaktivitäten lebender Organismen hinaus.

„Tote Mikroorganismen reichern sich im Boden an, da ihre Zellreste an der mineralischen Matrix haften bleiben. Ihre tote Biomasse kann bis zu 50 % des Pools organischer Bodensubstanz ausmachen. Dies bedeutet, dass tote mikrobielle Biomasse im Boden einer der größten Bestände ist von organischem Kohlenstoff auf dem Planeten“, sagte Jennifer Pett-Ridge, LLNL-Projektleiterin und Leiterin des Wissenschaftsbüros „Microbes Persist“ Soil Microbiome Scientific Focus Area (SFA) des Energieministeriums.

Neue Fortschritte in der DNA-Sequenzierung und Isotopenverfolgung ermöglichen es dem LLNL-Team, die einzigartigen Eigenschaften von Bodenmikroben zu verstehen – sogar von solchen, die nicht im Labor kultiviert werden können. Durch die Analyse genetischer und biochemischer Signaturen kann das Team auf die ökologischen Beziehungen schließen, die kontrollieren, wer in komplexen Nahrungsnetzen im Boden lebt und wer stirbt.

Da die mikrobielle Nekromasse im Boden (organisches Material, das aus toten Organismen besteht oder von diesen stammt) einen der weltweit bedeutendsten Pools von Kohlenstoff und anderen Nährstoffen darstellt, berichten die Autoren, dass der Mechanismus und die Rate des mikrobiellen Todes wahrscheinlich den terrestrischen biogeochemischen Kreislauf beeinflussen – eine Idee Sie testen derzeit in einer Reihe von Experimenten, die Teil der Bodenmikrobiom-SFA des LLNL sind. Das SFA-Team richtet auch Experimente ein, um zu untersuchen, wie verschiedene Merkmale von Mikroorganismen den Kreislauf organischer Stoffe in Böden beeinflussen. Die Teammitglieder arbeiten daran, diesen merkmalsbasierten Ansatz in Modelle zu integrieren, die die biogeochemische Dynamik des Bodens vorhersagen und die Fähigkeit verbessern, Veränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs vorherzusagen.