Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Universität Aalborg in Dänemark hat einen bedeutenden Fortschritt in der Umweltforschung erzielt, indem es das Mikrobiom eines gesamten Landes systematisch kartiert hat. In einer umfassenden Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, wurden über 10.000 Umweltproben aus ganz Dänemark analysiert. Diese Proben wurden im Durchschnitt alle vier Quadratkilometer entnommen, was zu einem detaillierten Atlas der dänischen Umweltmikrobiome führte, der hinsichtlich räumlicher Auflösung und funktioneller Tiefe ohnegleichen ist. Zu den beteiligten Institutionen gehört auch die Universität Wien, deren Forscher maßgeblich an der Untersuchung der Nitrifikanten beteiligt waren – einer Gruppe von Mikroben, die eine grundlegende Rolle im globalen Stickstoffkreislauf spielen.
Die Untersuchung konzentrierte sich auf die Nitrifikanten, die bestimmen, wie lange reaktiver Stickstoff aus Düngemitteln für Pflanzen verfügbar bleibt und wann er in umweltschädliche Formen übergeht. Diese Mikroben sind entscheidend für die Landwirtschaft, insbesondere in einem agrarisch geprägten Land wie Dänemark, wo etwa zwei Drittel der Fläche landwirtschaftlich genutzt werden. Die Ergebnisse der Studie zeigen nicht nur die Häufigkeitsverteilung dieser Organismen auf, sondern enthüllen auch, dass zwei weit verbreitete Linien von Nitrifikanten – TA-21 und Comammox-Nitrospira Clade B – bislang noch nicht im Labor kultiviert werden konnten. Dies bedeutet, dass sie nicht direkt experimentell untersucht werden können, obwohl sie in vielen landwirtschaftlichen und natürlichen Böden dominieren.
Ein zentrales Anliegen der Forscher ist die Auswirkung des übermäßigen Einsatzes von Stickstoffdüngern auf die Umwelt. Diese Praxis führt dazu, dass große Mengen reaktiven Stickstoffs in die Gewässer und die Atmosphäre gelangen, was zu einer Reihe von ökologischen Problemen führt, wie etwa Algenblüten und die Bildung von Todeszonen in den Meeren. Zudem wird Lachgas (N₂O) freigesetzt, ein starkes Treibhausgas, das auch zur Zerstörung der Ozonschicht beiträgt. Die Studienautoren betonen die Notwendigkeit, die Verteilung und Häufigkeit der Nitrifikanten zu kennen, um eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern und die Düngerverluste zu minimieren.
Ein weiterer interessanter Aspekt der Studie ist der anthropogene Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften. Die Daten zeigen, dass intensive landwirtschaftliche Praktiken zu einer Homogenisierung der mikrobielle Vielfalt führen, während natürliche Lebensräume eine größere Diversität bewahren. Diese „mikrobiellen Fingerabdrücke“ könnten in Zukunft dazu dienen, den Erfolg von Renaturierungsprojekten zu bewerten und ökologische Rückschlüsse zu ziehen.
Die Ergebnisse dieser Studie sind nicht nur für Dänemark von Bedeutung, sondern auch für andere Länder, darunter Österreich, die vor ähnlichen Herausforderungen im Bereich Landwirtschaft und Umweltschutz stehen. Michael Wagner von der Universität Wien, der an der Studie beteiligt war, hebt hervor, dass die Erkenntnisse wichtige Impulse für die Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Systeme liefern können. Ein nationaler Mikrobiom-Atlas könnte dazu beitragen, die Landwirtschaft und den Naturschutz auf datenbasierte Weise zu verknüpfen und die Effizienz des Düngemitteleinsatzes sowie die Schätzung von Treibhausgasemissionen aus Böden zu verbessern.
Die Studie „Microflora Danica“ basiert auf der Analyse von 10.683 Metagenomen sowie ergänzenden Daten und verknüpft diese mit einer fünfstufigen Habitat-Ontologie. Der Schwerpunkt liegt auf funktionellen Gruppen wie den Nitrifikanten, die für die Klima- und Wasserqualität von entscheidender Bedeutung sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die umfassende Kartierung des Mikrobioms Dänemarks einen bedeutenden Schritt zur Verbesserung unseres Verständnisses der mikrobiellen Dynamik und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt darstellt. Die Forschungsergebnisse könnten nicht nur die Landwirtschaft revolutionieren, sondern auch als Modell für ähnliche Studien in anderen Ländern dienen, was letztlich zur globalen Gesundheit unseres Planeten beiträgt.
