Mikroorganismen in biogeochemischen Kreisläufen – Kohlenstoff & Stickstoff
Die Mikroorganismen in biogeochemischen Kreisläufen
Von der Aktivität der Mikroorganismen (MO) umgewandelte Stoffe können wiederverwendet werden. Biogene Elemente zirkulieren zyklisch zwischen Atmosphäre, Hydrosphäre und lebenden Organismen und gelangen von dort zurück in Atmosphäre oder Hydrosphäre. Diese geochemischen Stoffkreisläufe umfassen zum Beispiel Kohlenstoff (C), Stickstoff (N), Eisen (Fe) und Schwefel (S).
Kohlenstoffkreislauf
Der Kohlenstoff kommt in der Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre und Biosphäre vor. In der Atmosphäre liegt er überwiegend als CO2 vor. CO2 gelangt durch verschiedene Prozesse in die Atmosphäre: Vulkanausbrüche, Verbrennung fossiler Brennstoffe, Zellatmung und Zersetzung.
In der Hydrosphäre ist Kohlenstoff gelöst (z. B. als CO2) oder gebunden in Form von Salzen. In der Lithosphäre ist er vor allem in karbonatischen Gesteinen (z. B. Kalkstein) gespeichert.
Innerhalb der Biosphäre ist Kohlenstoff ein Schlüsselelement: Er liegt als Gas (CO2) oder in komplexen Molekülen wie Zucker, Proteinen oder DNA vor. Der Kohlenstoff wird in Ökosystemen kontinuierlich recycelt.
Stickstoffkreislauf
Luftstickstoff (N2) kann von bestimmten Mikroorganismen fixiert werden. Einige dieser Organismen leben frei, z. B. Azotobacter (aerob), Klebsiella (fakultativ anaerob), Clostridium (streng anaerob) und bestimmte Cyanobakterien. Andere leben in Symbiose mit Pflanzen, z. B. Rhizobium.
Diese Organismen fixieren N2 und verwandeln es in NH3 (Ammoniak), das in den Boden abgegeben wird. NH3 wird entweder direkt bei Symbiosen von Pflanzen assimiliert oder durch die Nitrifikation weiter oxidiert.
Wenn Organismen sterben, zersetzen ammonifizierende Bakterien organische Stickstoffverbindungen und setzen NH3 frei. Dieses Ammoniak wird ebenfalls durch die Nitrifikation weiter umgewandelt, die in zwei Schritten von zwei Bakteriengruppen durchgeführt wird:
- Nitrosomonas: oxidieren Ammoniak (NH3) zu Nitrit (NO2-).
- Nitrobacter: oxidieren Nitrit (NO2-) zu Nitrat (NO3-).
In Form von Nitrat wird Stickstoff von Pflanzen aufgenommen und gelangt so in die Nahrungskette. Nitrat kann durch Denitrifikation (z. B. durch Pseudomonas) wieder zu gasförmigen Formen wie NO, NO2 und N2 reduziert und in die Atmosphäre freigesetzt werden.