Vor Barbados untersuchten Bremer Forschende, wie Bakterien unbeabsichtigt
Methan freisetzen, um an Phosphor zu kommen – mit erheblichen Auswirkungen
auf Treibhausgase in der Atmosphäre.

Methan als Abfallprodukt der Phosphorgewinnung

Aus dem Meer dringt unentwegt das potente Treibhausgas Methan in die
Atmosphäre und trägt erheblich zur Erderwärmung bei. Dieses Methan wird
vor allem von Mikroorganismen produziert und meistens dort, wo kein
Sauerstoff vorhanden ist. Vor wenigen Jahren allerdings entdeckten
Forschende Bakterien, die zur sogenannten aeroben Methanproduktion in der
Lage sind. Das Methan entsteht als Nebenprodukt, wenn sie den
überlebenswichtigen und im Meer äußerst raren Nährstoff Phosphor
aufnehmen. Denn diese Bakterien können etwas Besonderes: Mithilfe
spezieller Enzyme können sie den Phosphor in Form des sogenannten
Methylphosphonats aufnehmen. Diese Enzyme funktionieren auch in Gegenwart
von Sauerstoff, also beispielsweise an der Meeresoberfläche.

Studie im tropischen Atlantik: Bis weit unter die Wasseroberfläche
verbreitet

Die Verbreitung und Bedeutung dieser Bakterien und ihrer Fähigkeiten sind
bis heute wenig erforscht und verstanden. Nun legen Forschende des Bremer
Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen eine Studie vor,
in der sie die bakterielle Methanproduktion im Oberflächenwasser vor der
Karibikinsel Barbados untersuchen. Dort ist reichlich Sauerstoff und wenig
Phosphor im Wasser vorhanden. „Bisher wurde dieser Prozess nur in wenigen
Regionen, und dabei vor allem im Pazifik, untersucht“, erklärt Erstautor
Jan von Arx. „Wir haben ihn nun erstmals im westlichen tropischen
Nordatlantik unter die Lupe genommen.“ Die Forschenden zeigen, dass die
Methanproduktion am höchsten nahe der Wasseroberfläche ist. „Aber auch in
Tiefen von bis zu 200 Metern konnten wir noch Methan nachweisen, obwohl
dort eigentlich auch ausreichend Phosphat für die Bakterien vorhanden ist
und sie also gar nicht Methylphosphonat nutzen müssten“, so Jana Milucka,
Mitautorin und Leiterin der Forschungsgruppe Treibhausgase am Bremer Max-
Planck-Institut. Außerdem veränderten sich mit der Tiefe auch die Arten
der Bakterien, die trotz Sauerstoff Methan produzieren: Während an der
Oberfläche das Cyanobakterium Trichodesmium die Methanbildung dominierte,
ein bekannter und weit verbreiteter mariner Primärproduzent, waren in
größerer Tiefe sogenannte Alphaproteobakterien vorherrschend.

Kohlenstoff aus der Atmosphäre: Geben und Nehmen

Durch die Nutzung der sonst verschlossenen Phosphorquelle Methylphosphonat
wird es möglich, dass die Bakterien im Oberflächenwasser mehr Kohlenstoff
fixieren können, als wenn sie allein auf Phosphat angewiesen wären. „Nach
unseren Berechnungen können die Bakterien etwa ein Zehntel ihres
Phosphorbedarfs aus Phosphonaten abdecken“, sagt von Arx. „Damit können
sie in dieser Region erhebliche Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre
entfernen. Das unterstreicht ganz deutlich die ökologische Bedeutung von
Phosphonaten im Kohlenstoffkreislauf der nährstoffarmen Ozeanregionen.“
Einerseits nehmen die Mikroorganismen also Kohlendioxid auf, andererseits
setzen sie aber das viel potentere Treibhausgas Methan frei. „Unsere
Studie zeigt eine starke Methanproduktion in der sauerstoffgesättigten
Wassersäule – etwas, das lange Zeit als unmöglich galt, nun aber immer
öfter beschrieben wird“, so Milucka. „Da die beteiligten Bakterien in
allen Weltmeeren vorkommen, trägt das mit Methylphosphonat erzeugte Methan
wahrscheinlich erheblich zur Freisetzung dieses Treibhausgases aus dem
Meer bei, insbesondere in phosphatarmen Umgebungen.“

Verstärkte Methanfreisetzung durch den Klimawandel?

Wieviel Methan in der Umwelt freigesetzt wird, liegt am Verhältnis von
dessen Produktion und Oxidation. „Wir haben jedoch immer noch keinen
klaren Überblick darüber, wo das Methan im Ozean herkommt und wie es
wieder verschwindet. Wir wissen auch nicht, wie diese sogenannten Quellen
und Senken von Methan im Ozean auf den laufenden Klimawandel reagieren
werden“, erklärt Milucka. „Wir vermuten, dass die aerobe Methanproduktion
in Zukunft zunehmen wird, da Phosphat durch die Erwärmung des Ozeans und
die daraus resultierende stärkere Schichtung des Wassers immer öfter
Mangelware sein wird. Das ist ein Problem, weil dieser Prozess in
Oberflächengewässern stattfindet und daher das so produzierte Methan
sofort in die Atmosphäre gelangen kann“, ergänzt von Arx.
Um künftige Veränderungen bei der Freisetzung klimarelevanter Gase
vorhersagen zu können, müssen die beteiligten Prozesse und die
bestimmenden Faktoren weiter erforscht werden. „Wenn wir verstehen, wie
ein Prozess funktioniert, haben wir eine bessere Chance, die negativen
Auswirkungen vorherzusehen und/oder ihnen entgegenzuwirken“, schließt von
Arx.

Hintergrund: Das marine Methan-Paradoxon

Im Jahr 2008 meldeten Forschende in den USA eine bemerkenswerte
Entdeckung: Sie zeigten, wie Methan in Gegenwart von Sauerstoff gebildet
werden kann – die so genannte aerobe Methanproduktion. Das mag
unspektakulär klingen, aber diese Studie löste eines der am längsten
bestehenden Rätsel in der Welt der Methan-Biogeochemie: das so genannte
marine Methan-Paradoxon. Das Methan-Paradoxon bezieht sich auf die
Übersättigung von Methan in sauerstoffreichen Oberflächengewässern – einem
Ort, an dem keine Methanproduktion stattfinden sollte, weil Sauerstoff
traditionell schädlich für methanproduzierende Mikroorganismen (Archaeen)
ist. Der neu entdeckte Prozess der Methanproduktion in oxischen Gewässern
wird von Bakterien durchgeführt, die einen enzymatischen Weg nutzen, der
unempfindlich gegenüber Sauerstoff ist. Im Gegensatz zu den klassischen
methanproduzierenden Archaeen stellen die Bakterien kein Methan her, um
Energie aus diesem Prozess zu gewinnen. Bei ihnen ist das Methan ein
Nebenprodukt einer Reaktion, die in erster Linie der Gewinnung von
Phosphor dient. Da anorganische Formen von Phosphor (wie z. B. Phosphat)
nur in geringer Menge zur Verfügung stehen, sind viele Meeresbakterien
gezwungen, auf organischen Phosphor (wie z. B. Phosphatester und
Phosphonate) zurückzugreifen. Die letztgenannte Gruppe von Verbindungen,
genauer gesagt Methylphosphonat (MPn), dient nachweislich als Vorläufer
für die aerobe Methanproduktion im Meer.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Jan von Arx
Forschungsgruppe Treibhausgase, Abteilung Biogeochemie
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-6440
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

Dr. Jana Milucka
Forschungsgruppe Treibhausgase, Abteilung Biogeochemie
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-6340
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

Originalpublikation:
Jan N. von Arx, Abiel T. Kidane, Miriam Philippi, Wiebke Mohr, Gaute
Lavik, Sina Schorn, Marcel M. M. Kuypers, Jana Milucka (2023):
Methylphosphonate-driven methane formation and its link to primary
production in the oligotrophic North Atlantic. Nature Communications,
October 16 2023.
DOI: 10.1038/s41467-023-42304-4

Prof. Dr. Sabine Striebich ist seit 8. November 2023 als Professorin für
Hebammenwissenschaft an die Medizinische Fakultät der Martin-Luther-
Universität Halle-Wittenberg (MLU) berufen. Die erfahrene Hebamme zielt
darauf ab, durch Versorgungsforschung neue Erkenntnisse in die
Geburtshilfe zu bringen. Mit der Berufung übernimmt Sie auch die Leitung
des gleichnamigen dualen Bachelorstudiengangs, der 2021 an der
Universitätsmedizin Halle startete.

„Der Hebammenberuf hat sich im Laufe der Jahrzehnte stetig
weiterentwickelt und die Anforderungen sind kontinuierlich gestiegen. In
Deutschland ist seit 2020 eine Hochschulausbildung verpflichtend. Mit der
Akademisierung wird dieser steigenden Komplexität Rechnung getragen“,
erklärt Prof. Striebich den Wandel der letzten Jahre. Relativ neu ist auch
das Feld der hebammenwissenschaftlichen Forschung: „Die
Hebammenwissenschaft erforscht beispielsweise Wirksamkeit und Nutzen von
Hebammentätigkeiten und ermittelt Bedarfe von Schwangeren und Müttern.
Mein Anliegen ist es, die hebammenwissenschaftliche Versorgungsforschung
fortzusetzen, die am Institut für Gesundheits- und Pflegewissenschaften
der MLU bereits etabliert ist. Damit möchte ich dazu beitragen, dass die
gesundheitliche Versorgung von Schwangeren, Gebärenden und Müttern noch
stärker evidenzbasiert gestaltet werden kann. Der Transfer der Ergebnisse
in die Praxis ist mir dabei besonders wichtig“, so Prof. Striebich. Die
Schwerpunkte der Versorgungsforscherin umfassen Themen wie die Bewältigung
von Geburtsangst, die Förderung aktiver Geburten und die Entwicklung und
Pilotierung evidenzbasierter Gesundheitsinformationen für die
Geburtshilfe.

Im Rahmen der Professur ist vorgesehen, eine entsprechende
hebammengeleitete Hochschulsprechstunde für Schwangere, Wöchnerinnen und
Mütter beziehungsweise junge Eltern und ihre neugeborenen Kinder
aufzubauen. „Als wissenschaftlich fundiertes, neuartiges ambulantes
Versorgungsangebot soll die Hochschulsprechstunde die bestehenden
Versorgungsstrukturen für Schwangere und junge Familien an der
Universitätsmedizin Halle erweitern und eine neue Anlaufstelle in der
Region werden. Davon könnten zunächst Frauen mit großer Angst vor der
Geburt profitieren, für die eine individuelle und interprofessionelle
Betreuung vielerorts momentan nicht so umfangreich stattfindet, wie man
sich das wünscht. Nach und nach soll das Angebot erweitert werden. Die
Hochschulsprechstunde der Medizinischen Fakultät soll außerdem gute
Trainingsmöglichkeiten für studierende Hebammen bieten“, betont Striebich.

In der Lehre nimmt Prof. Striebich als Leiterin des dualen
Bachelorstudiengangs Hebammenwissenschaft eine wichtige Rolle ein, da die
MLU der einzige Standort in Sachsen-Anhalt ist, an dem
Hebammenwissenschaft studiert werden kann. „Die Studierenden werden
befähigt, sich aktuelle wissenschaftliche Kenntnisse anzueignen sowie
evidenzbasiert und reflektiert zu handeln und effektiv mit anderen
Gesundheitsberufen zusammenzuarbeiten. Gleichzeitig lernen sie in der
Praxis von sehr berufserfahrenen Hebammen und treffen auf eine gewachsene
Versorgung. Dabei werden sie von der Universität begleitet. Davon
profitieren die angehenden Hebammen letztlich enorm“, so Striebich. Für
das Üben praktischer Fähigkeiten von Studierenden wird ein neues „Skills-
und Simulationslabor Hebammenwissenschaft“ auf dem Medizin-Campus Steintor
geschaffen, welches das Dorothea-Erxleben-Lernzentrum Halle (DELH)
ergänzt. „Hebammenstudierende benötigen realistische Umgebungen wie einen
Klinik-Geburtsraum, eine häusliche Geburtsumgebung und Räume, in denen
Untersuchungen und Beratungen geübt werden können. Auch
interprofessionelle Notfallszenarien sollen dort simuliert werden. Die
Planungen haben bereits begonnen“, so Striebich. Es ist vorgesehen, im
Skills- und Simulationslabor auch Hospitationen und Fortbildungen für
Hebammen anzubieten, die Studierende der MLU als Praxisanleiter:innen
betreuen.

Sabine Striebich absolvierte 1997 eine Ausbildung zur Hebamme am
Krankenhaus Neukölln in Berlin und war bis 2008 am DRK Klinikum Westend
tätig. 2013 erwarb sie ihren Abschluss in Diplom-Medizinpädagogik an der
Charité Berlin und war anschließend Lehrerin für Hebammenwesen und
Gastdozentin für Hebammenwissenschaft an der Evangelischen Hochschule
Berlin. Ab 2015 studierte sie an der MLU im Promotionsstudiengang
„Partizipation als Ziel von Pflege und Therapie“, war ab 2017 als
wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Be-Up-Studie tätig, die am Institut
für Gesundheits- und Pflegewissenschaften realisiert wurde, und
promovierte ebenda 2020 zum Dr. rer. medic. Im Frühjahr 2022 folgte sie
dem Ruf in den Norden als Professorin für Hebammenwissenschaft an der
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg.

Prof. Dr. Heike Kielstein, Dekanin der Medizinischen Fakultät der MLU,
erklärt: „Die Pflege- und Versorgungsforschung sind Schwerpunkte an der
Universitätsmedizin Halle und werden mit der Berufung von Prof. Dr. Sabine
Striebich gestärkt. Mit ihr haben wir eine kompetente und erfahrene Spitze
für unseren jüngsten Studiengang Hebammenwissenschaft gewonnen.“

Das Projekt Mosel-AdapTiV der Universität Trier und der Stadt Traben-
Trarbach legt Handlungsempfehlungen vor, die Signalwirkung für andere
deutsche Kommunen haben.

Im Juli wurde das erste Klimaanpassungsgesetz vom Bund verabschiedet. Es
setzt den strategischen Rahmen für die Klimaanpassung und beauftragt
Städte und Kommunen eigene Anpassungskonzepte vorzulegen. Wie lokal mit
den Herausforderungen eines sich wandelnden Klimas umgegangen werden kann,
hat ein Projekt der Universität Trier und der Stadt Traben-Trarbach drei
Jahre lang erarbeitet. Die nun veröffentlichten Handlungsempfehlungen von
Mosel-AdapTiV verdienen auch die Beachtung von anderen Städten und
Gemeinden.

„Die Folgen des Klimawandels wie häufiger Starkregen und anhaltende
Trockenheit treffen Kommunen in unterschiedlicher Weise“, erklärt Antje
Bruns, Geographie-Professorin der Universität Trier und Projektleiterin
von Mosel-AdapTiV. In der 5500-Einwohner-Gemeinde Traben-Trarbach macht
der Klimawandel besonders dem Tourismus und dem Weinbau zu schaffen.

Beispiel Tourismus: Durch extrem heiße Sommer verschiebt sich die Saison,
in der Fahrradreisende an die Mosel kommen. Alternative touristische
Angebote müssen geschaffen werden. Beispiel Weinbau: Auch die Rebsorte
„Riesling“, für welche die Mosel-Region bekannt ist, mag keine Hitze.
Antje Bruns: „Der Weinbau muss sich daher an die veränderten klimatischen
Bedingungen anpassen und tut dies auch bereits.“
Die beiden Beispiele zeigen, wie verzahnt die Auswirkungen des
Klimawandels auf einzelne Bereiche miteinander sind: Wenn sich die Mosel
nicht mehr als die Riesling-Region touristisch vermarkten kann, muss
anderes in den Vordergrund treten. Es braucht neue Ideen für Weinbau und
Tourismus. In Traben-Trarbach erklärt seit Kurzem ein Rundweg mit
verschiedenen Schautafeln die Auswirkungen des Klimawandels auf den
Weinbau.

Dass verschiedenste Bereiche bei Maßnahmen zur Klimaanpassung mitgedacht
werden sollten, ist eine zentrale Empfehlung des Verbundprojekts. „Für
Städte und Gemeinden ist es wichtig, sich mit Akteuren vor Ort zu
vernetzen – von Unternehmen über Schulen bis zu Hausbesitzerinnen und
-besitzern“, stellt Bruns heraus. Nur gemeinsam gelingt es festzustellen,
wo Bedarfe liegen. Beispielsweise könnte eine Maßnahme der Klimaanpassung
eine widerstandsfähige Wasserversorgung sein, bei der der Wasserbedarf von
Wirtschaft, Garteneigentümern und vulnerablen Bevölkerungsgruppen wie
Kindern und Senioren zu berücksichtigen ist. Eine mögliche Entscheidung
wäre öffentliche Trinkwasserbrunnen aufzustellen.

„Dass der Klimawandel bereits stattfindet, ist unbestritten, wie auch die
daraus resultierenden Folgen für die gesamte Region mit Tourismus und
Weinbau“, sagt Patrice-Christian-Roger Langer, Bürgermeister der Stadt
Traben-Trarbach. „Das Projekt Mosel-AdapTiV hat die Akteure aus Tourismus
und Weinbau, auf Grund der Wechselseitigkeit zu dem Thema Klimawandel eng
zusammenrücken lassen, um Risiken zu minimieren und Schäden zu reduzieren.
Es ist und bleibt ein Leuchtturmprojekt der Stadt Traben-Trarbach mit der
Universität Trier.“

Die Handlungsempfehlungen zur Klimaanpassung des Projekts können auf der
Website mosel-adaptiv.uni-trier.de kostenlos abgerufen werden.

Das Projekt wurde als kommunales Leuchtturmvorhaben innerhalb des
Förderprogramms „Anpassung an den Klimawandel“ vom Bundesministerium für
Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV)
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.