Nährstoffkreisläufe wie der Kohlenstoff-, Stickstoff-, Phosphor- und Schwefelkreislauf sind entscheidende Prozesse, die lebenswichtige Elemente freisetzen, indem sie sie durch unser Wasser, unsere Luft und unseren Boden recyceln. Insbesondere Schwefel ist ein integraler Bestandteil bei der Produktion von Aminosäuren, Vitaminen und Enzymen.
Eine aktuelle Übersicht von Wissenschaftlern der Sun Yat-sen-Universität in China befasste sich mit Forschungsarbeiten zum hohen Schwefelkreislauf (S-Cycling) in einem Fluss-Feuchtgebiet-Ozean-Kontinuum (RWO), der größtenteils durch mikrobielle Gemeinschaften vermittelt wird. Während Schwefel selbst ein ebenso wichtiges Element ist, kann sein Kreislauf den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf vermitteln und so die Kohlenstoffbindung und Treibhausgase beeinflussen.
Die Rezension wurde veröffentlicht in Ozean-Land-Atmosphärenforschung.
„Der S(Schwefel)-Zyklus in natürlichen Umgebungen ist normalerweise mit anderen Elementkreisläufen gekoppelt und hat wichtige Auswirkungen auf die Vermittlung des globalen Klimawandels und des biogeochemischen Kreislaufs. Daher ist die Aufklärung der funktionellen Gene, Mikroorganismen und Kopplungsmechanismen, die am S-Kreislauf beteiligt sind, von entscheidender Bedeutung für die Umwelt.“ , insbesondere im Fluss-Feuchtgebiet-Ozean-Kontinuum (RWO), das als Schlüsselzone des Stoff- und Energiekreislaufs gilt“, sagte Xiaoli Yu, Erstautorin und Wissenschaftlerin am Environmental Microbiomics Research Center der School of Environmental Science and Engineering , Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), State Key Laboratory for Biocontrol, Sun Yat-sen University, Guangzhou, China.
Das RWO-Kontinuum ist ein Übergangsbereich, in dem sehr unterschiedliche Umgebungen aufeinandertreffen. Infolgedessen handelt es sich um eine sehr dynamische Umgebung mit Salzgehaltsgradienten zwischen dem Fluss und dem nahegelegenen Ozean, Gezeiteneffekten des Ozeans, Sedimentbewegungen und häufigem Nährstoffaustausch. Um die Komplexität noch zu erhöhen, handelt es sich oft um stark urbanisierte Gebiete, in denen 60 % des chinesischen Bruttoinlandsprodukts aus wirtschaftlichen Aktivitäten in Küstengebieten stammen, was einen erheblichen Druck auf die im RWO-Kontinuum lebenden Organismen ausüben kann.
Diese Vielfalt an Umgebungen beherbergt eine Vielzahl von Mikroben, von denen viele den reichlich vorhandenen Schwefel für ihre eigenen biologischen Prozesse nutzen und so Teil des Schwefelkreislaufs werden. Obwohl viel Forschung betrieben wurde, um diese Mikroben zu katalogisieren und zu untersuchen, gibt es immer noch viele Bereiche, die angegangen werden müssen.
Die Forscher „schlagen einen konzeptionellen Rahmen für ein besseres Verständnis der Diversität und Zusammensetzung, neuartiger Kultivierungsmethoden, Dynamik und Evolution, Interaktion und Kopplungsmechanismen vor, wobei der Schwerpunkt auf der Mikrobiomtechnik von S-zyklischen Mikrobengemeinschaften liegt, um die Ökosystemfunktion basierend auf dem aktuellen Wissensstand zu verbessern.“ das RWO-Kontinuum“, sagte Zhili He, korrespondierender Autor und Professor des Environmental Microbiomics Research Center, School of Environmental Science and Engineering, Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), State Key Laboratory for Biocontrol, Sun Yat-sen University, Guangzhou , China.
Insbesondere empfehlen sie eine mehrdimensionale Forschungsstrategie, die darauf abzielt, die Vielfalt der S-Zyklus-Mikroben zu verstehen, die im RWO-Kontinuum leben. Die Entwicklung neuer Kultivierungsmethoden würde dadurch die Beschreibung und Aufklärung spezifischer Schwefelprozesse bei den vielen verschiedenen S-Zyklus-Mikroben ermöglichen. Sie empfehlen außerdem, dass mehr Arbeit geleistet wird, um ihre Lebensstrategien, Gemeinschaften und die Anpassungen zu verstehen, die es ihnen ermöglichen, in der vielfältigen und dynamischen Umgebung zu existieren, die durch das RWO-Kontinuum geschaffen wird.
Schließlich empfehlen sie, das, was wir jetzt wissen, in Verbindung mit zukünftigen Forschungsarbeiten zur mikrobiellen Biologie des S-Zyklus, den Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Mikrobenarten und den Verbindungen zwischen dem RWO-S-Zyklus und den Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufen zu nutzen, um Modelle davon zu erstellen RWO-Kontinuum.
Die Modelle können dann verwendet werden, um Simulationen verschiedener Umwelt- oder ökologischer Bedingungen durchzuführen, um zu bestimmen, wie diese mikrobiellen Gemeinschaften gestärkt und verbessert werden können. Sobald die Ergebnisse in den Simulationen getestet und nachgewiesen wurden, können sie in realen Szenarien verwendet werden, um das natürlich vorkommende Mikrobiom zu verändern und zu unterstützen; das nennt man Mikrobiom-Engineering.
Im RWO-Kontinuum gibt es noch viel zu tun. „Die Erforschung der Diversität, Kultivierung, Evolution, Interaktion und Kopplungsmechanismen von S-zyklischen Mikroorganismen wird eine theoretische Grundlage für das Mikrobiom-Engineering und mögliche Anwendungen im RWO-Kontinuum liefern. Das Mikrobiom-Engineering zielt darauf ab, Ökosystemfunktionen wie die menschliche Gesundheit und andere zu verbessern „Die landwirtschaftliche Produktivität durch Manipulation der mikrobiellen Gemeinschaft zu steigern“, sagte Hu.
Mehr Informationen:
Xiaoli Yu et al., Mikrobiell gesteuerter Schwefelkreislauf im Fluss-Feuchtgebiet-Ozean-Kontinuum, Ozean-Land-Atmosphärenforschung (2023). DOI: 10.34133/olar.0027
Bereitgestellt von Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR)