Brotzeit für Bakterien: der organische Schwefel im Ozean

Die Wasserproben wurden mit Hilfe von Wasserschöpfern an einer CTD-Rosette (englisch für Conductivity – Leitfähigkeit, Temperature – Temperatur und Depth – Tiefe) an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern gesammelt. Die CTD Sensoren messen wichtige Umweltparameter von der Wasseroberfläche bis zum Meeresboden.
Die Wasserproben wurden mit Hilfe von Wasserschöpfern an einer CTD-Rosette (englisch für Conductivity – Leitfähigkeit, Temperature – Temperatur und Depth – Tiefe) an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern gesammelt. Die CTD Sensoren messen wichtige Umweltparameter von der Wasseroberfläche bis zum Meeresboden.
Quelle: MARUM, Universität Bremen; K. Ksionzek

Hochschulprofessor ist Mitautor eines Forschungsbeitrags in der bedeutendsten interdisziplinären Fachzeitschrift Science

Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel sind fundamentale Bausteine des Lebens im Ozean. Fehlt einer dieser Bausteine, können Organismen nicht überleben. Während die Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor im Ozean gut verstanden sind, wissen Forschende bislang wenig über die Menge und den Abbau von Schwefel. Dazu gehört auch, welchen Einfluss Schwefel auf das Klima und Klimaveränderungen hat, wenn er aus Verbindungen freigesetzt wird. Mit der Rolle des Schwefels haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Kerstin Ksionzek und Prof. Dr. Boris Koch beschäftigt. Der Professor der Hochschule Bremerhaven ist auch Mitautor des jetzt veröffentlichten Forschungsbeitrags in der Zeitschrift Science.

Vor allem die Rolle der gelösten organischen Schwefelverbindungen und deren Bedeutung für Klimaveränderungen standen im Fokus der Arbeit, bei der Forschende unter anderen aus dem MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen und dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven, kooperiert haben. Mit im Forschungsteam war auch der Professor der Hochschule Bremerhaven Prof. Dr. Boris Koch, der die Ergebnisse so zusammenfasst: "Was wir über die Bedeutung von organischem Schwefel im Ozean wissen, ist, dass er ein Grundbaustein für den Aufbau von Proteinen ist, dass Schwefel in großen Mengen von einzelligen Algen aus Sulfat produziert wird und dass Bakterien im Ozean organischen Schwefel als Energiequelle benötigen."

Unstrittig ist auch, dass es Schwefelverbindungen im Ozean gibt, die durchaus klimarelevant sind. "Dimethylsulfoniumpropionate - kurz DMSP - ist zum Beispiel eine Schwefelverbindung, die von Algen produziert wird und aus der Dimethylsulfid (DMS) entsteht. DMS ist ein Gas, für den Meeresgeruch verantwortlich und mitbestimmend bei Wolkenbildungsprozessen", erläutert Kerstin Ksionzek, die Erstautorin der Science-Studie. "Wir haben festgestellt, dass es beim Verständnis des Schwefelkreislaufs im Ozean große Wissenslücken gibt." In bisherigen Studien hätten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf klimarelevante gasförmige Verbindungen konzentriert. "Es stellt sich nun heraus, dass diese Komponenten weniger als drei Prozent des jährlich durch Algen gebundenen Schwefels ausmachen. Wir wissen jetzt, dass es mindestens 6,7 Milliarden Tonnen gelösten organischen Schwefel im Ozean gibt, der aus den Überresten der marinen Organismen stammt und über dessen Rolle wir nun mehr lernen müssen", fügt Prof. Koch hinzu.

Ein anderes Ergebnis der Studie ist, dass diese Schwefelverbindungen bevorzugt als Energiequelle von Bakterien genutzt werden, organische Schwefelverbindungen also schneller abgebaut werden als organische Kohlenstoffverbindungen ohne Schwefel. Ausschlaggebend für die Studie waren die Fragen, was mit Schwefelverbindungen passiert, wenn die Algenzellen absterben und wie groß die Menge an organischem Schwefel im Meer überhaupt ist. Was bleibt übrig, wie schnell wird es abgebaut? Werden beim Abbau klimarelevante Gase freigesetzt? Grundlage für die Daten waren Proben aus dem Ostatlantik, die während einer Expedition mit dem Forschungseisbrecher Polarstern von Bremerhaven über Kapstadt bis zur Antarktis gewonnen wurden.

Zurück in den Laboren ermöglichten massenspektrometrische Analysen Aussagen zum Alter, zur Menge und zur Zusammensetzung der Schwefelverbindungen. "Wir haben uns mit den Überresten des Lebens im Ozean beschäftigt - denn im übertragenen Sinne: Man muss sich auch mit dem Boden beschäftigen, wenn man biochemische Vorgänge an Land verstehen will", sagt Kerstin Ksionzek. Die Autorinnen und Autoren gehen davon aus, dass die Ergebnisse Einfluss auf die Arbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in der marinen Biochemie, Biologie und Mikrobiologie haben werden und in künftige Klimamodelle eingehen könnten.

Der Forschungsbeitrag in Science wurde veröffentlicht unterKerstin B. Ksionzek, Oliver J. Lechtenfeld, S. Leigh McCallister, Philippe Schmitt-Kopplin, Jana K. Geuer, Walter Geibert, Boris P. Koch: Dissolved organic sulfur in the ocean: Biogeochemistry of a petagram inventory. Science 2016 DOI: 10.1126/science.aaf7796

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