Klima trifft Mikroorganismen:
Die unsichtbare Unbekannte

Hallo zusammen,

 

es ist der letzte Tag im Januar und damit der Zeitpunkt für diese Frage: Wie steht es denn um Ihre Vorsätze? Schon wieder alles über Bord geworfen? Also bei mir klappt es so mittelmäßig. Ich wollte wieder stärker einen Termin- und Notizkalender nutzen. Denn mein Kurzzeitgedächtnis ist nicht so das Beste: einfach mal Termine merken oder das beiseite gelegte Schreiben beantworten? Eher nicht. Aus den Augen, aus dem Sinn ist da wohl das Motto.

Das Grübeln über mein Scheitern, Dingen, die ich nicht dauernd "sehe", Aufmerksamkeit zu schenken, hat mich auf einen Gedanken gebracht für diesen Newsletter: Was, wenn wir da beim Klima auch etwas Wichtiges vergessen, weil wir es nicht sehen? Mikroorganismen zum Beispiel existieren zwar, aber die unter einem Millimeter kleinen Lebewesen spielen eine riesige Rolle für unsere Ökosysteme. Sie produzieren rund die Hälfte des Sauerstoffs auf unserem Planeten.

Und sie sind unglaublich mobil: Auf einem Staubkorn Saharasand reisen Bakterien oder Pilze auch gern mal bis in die Karibik. Kurzum: Sie sind überall und sie reagieren natürlich auch auf die Klimaveränderung. Deshalb versuche ich mich heute an einem ersten Überblick darüber, was das eigentlich bedeutet und wie viel wir über den Zusammenhang zwischen Klima und Mikroorganismen überhaupt schon wissen.

Aber erst einmal zur...

… Prozent mehr Windstrom als im Jahr 2023 haben die Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee im vergangenen Jahr produziert. Insgesamt sind dem Netzbetreiber Tennet zufolge 20,8 Terawattstunden (TWh) Windenergie an Land übertragen worden. Das decke rein rechnerisch den Jahresbedarf von rund 6,5 Millionen Haushalten. Die gesamte Windstromerzeugung an Land und auf See in Deutschland bezifferte Tennet 2024 auf rund 150 TWh. Auch die Windanlagen in der Ostsee hätten mehr Strom geliefert. Hier stieg die Zahl demnach 2024 um 0,72 TWh auf insgesamt 4,89 TWh im Vergleich zum Vorjahr.

Mit dem menschlichen Auge sind die Kleinstlebewesen nicht zu sehen. Es ist eine ganze eigene Welt, die uns da visuell verborgen bleibt und doch sind wir eng mit ihr verbunden und auf sie angewiesen. Allein in unserem Körper leben schon zahllose Mikroorganismen, die wir brauchen, um gesund zu sein - rund 500 Bakterienarten sind es nur im Darm. Und genauso braucht auch unser Planet die Mikroorganismen, um gesund zu bleiben. In einem Fingerhut Boden stecken 50.000 Bakterienarten. Zum Vergleich: Als Krankheitserreger kennen wir gerade einmal rund 1.000 verschiedene Arten. 

Mikroorganismen spielen aber vor allem eine entscheidende Rolle für die Stoffkreisläufe auf unserem Planeten, sie sind essenziell für den Stickstoff-, Kohlenstoff- und Phosphor- und Schwefelkreislauf. Sie zersetzen organisches Material und sorgen dafür, dass unser Boden fruchtbar bleibt. Kurzum: Wir brauchen die unsichtbaren Lebewesen, um selbst zu überleben. Doch natürlich werden auch sie von den sich verändernden Klimabedingungen beeinflusst. Wie genau und mit welchen Folgen, das ist weitgehend unbekannt. Sicher sind sich Fachleute aber darüber: Das ist ein Problem, das mehr Aufmerksamkeit braucht.

In einem Gramm Erde leben rund 100 Milliarden Mikroorganismen. Würde es sie nicht mehr geben, gäbe es also keinen Abbau von organischer Substanz, keine Mineralisierung und auf absehbare Zeit auch kein Pflanzenwachstum mehr. Doch ausgerechnet der komplexe Lebensraum Boden reagiert sensibel auf äußere Einflüsse wie Trockenheit oder Temperaturanstieg. Aber auch in den Meeren sind die Kleinsten in der Mehrheit: Sie bilden rund 90 Prozent der Biomasse in den heutigen Ozeanen (Phytoplankton). Mikroorganismen beeinflussen also allein schon durch ihre schiere Masse das Klima.

Sie spielen auch deshalb eine entscheidende Rolle, weil sie Treibhausgase ausscheiden oder konsumieren können. Eines dieser Gase ist Methan – das zweitwichtigste Treibhausgas nach CO2. Mikrobiologin Nadine Präg von der Universität Innsbruck hat sich mit dem Wechselspiel zwischen Methan produzierenden Mikroorganismen und Methan konsumierenden beschäftigt. "Dieses dynamische Zusammenspiel ist besonders relevant im Hinblick auf die Klimaveränderungen und wie Temperaturänderungen den Methankreislauf im Boden beeinflussen können", sagt sie. Konkret seien die beteiligten Organismen sogenannte Archaeen.

"Wir haben praktisch spezielle Gruppen von Mikroorganismen, die eine ganz tragende Rolle für den Ausstoß von Treibhausgasen spielen." (Prof. Dr. Jörg Overmann, DSMZ)

"Die Methan-produzierenden Archaeen fühlen sich in sauerstoffarmen, verdichteten Böden sehr wohl. Typische Habitate, die diese Bedingungen bieten und wo Methan in großen Mengen produziert wird, sind Feuchtgebiete, Reisfelder und auch Wiederkäuer. Methan kann aber auch von bestimmten Mikroorganismen aufgenommen und verstoffwechselt werden, was sie zur einzigen biologischen Senke für Methan macht." Die bräuchten aber Sauerstoff, um ihre Funktion zu erfüllen und fühlten sich deshalb in lockerem Waldboden wohl. Damit sitzen sie in den oberen Bodenschichten, während die Methan-produzierenden Archaeen in tieferen Schichten sind. Das heißt, die einen oxidieren das Methan der anderen und bremsen somit die Freisetzung des Treibhausgases. "Die Balance zwischen diesen beiden Mikroorganismengruppen ist daher entscheidend für die Regulierung des Methankreislaufs im Hinblick auf den Klimawandel“, erklärt Mikrobiologin Präg.

Auch der wissenschaftliche Direktor der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), Jörg Overmann, weist auf die große Bedeutung der Kleinstlebewesen auf die Methanproduktion hin. Schätzungsweise würde bis zu 90 Prozent des Methans von Archaeen produziert, sagt er. Wenn die Klimaerwärmung sie irgendwie beeinflusse, habe das sofort Auswirkungen auf die Methanfreisetzung – ein Treibhausgas, das immerhin 25 Mal so stark sei wie Kohlendioxid (CO2).

Noch größer sei aber das Problem mit dem Distickstoffoxid – auch Lachgas genannt. Das ist dem Umweltbundesamt zufolge ein ⁠Treibhausgas⁠, das rund 265-mal so klimaschädlich ist wie CO2. Eine Hauptquelle für Lachgas seien stickstoffhaltige Düngemittel in der Landwirtschaft und die Tierhaltung. Und hier kommen die Mikroorganismen wieder ins Spiel, denn sie sind zentral für den Stickstoffkreislauf im Boden, erklärt Overmann. "Wenn zu viel Stickstoffverbindungen - insbesondere Nitrat und Ammonium - ins Grundwasser gelangen, kommt es dort dann zur Denitrifikation", erklärt er. Bei der Denitrifikation wird Nitrat zurück in gasförmigen Stickstoff umgewandelt. 

Bild: Grafische Darstellung des Stickstoffkreislaufs

Und nicht zuletzt spielen Mikroorganismen auch eine Schlüsselrolle im Kohlenstoffkreislauf, indem sie organisches Material abbauen und dabei Kohlendioxid freisetzen. Einige Mikroben, wie Cyanobakterien und Mikroalgen, betreiben Photosynthese und binden dabei CO₂, wodurch sie zur Kohlenstoffspeicherung beitragen.

Aber was passiert nun genau mit den Mikroorganismen, wenn sich das Klima erwärmt? Um das besser abschätzen zu können müssen wir noch mehr über die Mikroorganismen erfahren, heißt aus der Mikrobiologie. Was wir alles noch nicht wissen über die Mikroorganismen und ihre Reaktion auf die Klimaerwärmung lasse sich nämlich schwer abschätzen, sagt DSMZ-Experte Overmann. Was unbekannt sei, sei das Ausmaß der Diversität. "Wir haben 0,01 Prozent oder weniger der vorhandenen Prokaryoten - also Archaeen und Bakterien - bisher einigermaßen verstanden." 

Anders sei das bei den Stoffwechselwegen der Kleinstlebewesen, so Overmann. "Da gibt es nicht so viele Hinweise, dass sich da noch ein ganz abstruser Stoffwechselweg verbirgt, der noch gar nicht von der Forschung erfasst worden ist." Die große Unbekannte sei eher die Regulation dieser Stoffwechselwege. "Das heißt, unter welchen Bedingungen läuft etwas ab? Da ist, glaube ich, unsere größte Wissenslücke. Nicht prinzipiell die ganzen Stoffwechselwege, sondern, wann sie wie genau funktionieren."

Und dann gebe es ja noch die Frage, was sich hinsichtlich der Zusammensetzung verändere. Etwa beim Boden, sagt Overmann. Untersuchungen zeigten, dass sich die Zusammensetzung im Boden in Dürreperioden massiv ändere und die Diversität zurückgehe. "Aber was es bedeutet, was die Konsequenz für die Bodenfruchtbarkeit ist, für den Verlust von Stickstoff aus dem Boden, für die Umsetzung von Nährstoffen und dann damit auch für das Wachstum der Pflanzen dort und wie schnell der Boden sich wieder erholen kann nach so einer drastischen Veränderung, das ist noch nicht klar aus meiner Sicht und da ist noch großer Forschungsbedarf."

So groß die unbekannten Risiken durch Mikroorganismen im Klimawandel auch sind, so sehr können sie auch dabei helfen, die Auswirkungen zu verringern. Denn in die kleinsten Erdbewohner stecken Forschende auch viel Hoffnung, um den Planeten klimaresilienter zu machen. 

Studien zeigen nämlich auch, erklärt Mikrobiologe Overmann, dass sie zum Beispiel Pflanzen dabei helfen können, sich besser gegen Wassermangel zu wehren bzw. sich nach Abklingen einer Dürreperiode wieder zu erholen. Eine Untersuchung an Mais habe ergeben, dass die genetisch selbe Sorte mithilfe einer Kombination von 17 Bakterien an ihrer Wurzel nicht nur schneller wachsen konnte, bei Trockenheit weniger schnell verwelkt ist und sich länger wieder erholen konnte als die Pflanzen ohne die bakterielle Unterstützung. Auch in Indien habe er zum Beispiel ganz ähnliche Experimente im Freiland besucht, bei denen die Effekte von Dürre oder Versalzung abgeschwächt werden sollen, erzählt Overmann. "Angepasste Pflanzen werden dann mit besonders hilfreichen Bakterien versehen, die das Pflanzenwachstum dann auch unter Extrembedingungen besser fördern können." Da gebe es also ein riesiges Potential. "Das Problem ist, das systematisch zu erforschen und anzuwenden", bilanziert der Experte. 

Ein Ansatz, an dem unter anderem an der Universität Stuttgart geforscht wird, sind Mikroorganismen, die CO2 zum Wachstum brauchen. Sie binden das Gas nämlich als Biomasse – ganz ähnlich also wie Pflanzen, nur weitaus effizienter. Forschende arbeiten also daran, ihnen möglichst gute Bedingungen zu verschaffen, damit sie viel Biomasse bilden können. Doch auch in vielen anderen Forschungsbereichen wie etwa der Material- und Speicherforschung setzt man Hoffnungen in die Hilfe der Mikroorganismen, um klimafreundliche Fortschritte zu erzielen.

Die Mikroorganismen sind unverzichtbar für die Existenz von Leben auf der Erde. Dennoch kommen sie in den aktuellen Debatten über den menschgemachten Klimawandel kaum vor. Doch um zu verstehen, wie der Klimawandel funktioniert, müsse die Rolle der Mikroorganismen mitbetrachtet werden, fordern Forschende auf dem Gebiet seit Jahren. Das gilt für den gesellschaftlichen und den politischen Diskurs, aber auch für die Wissenschaft. Denn auch bei der Erforschung der veränderten mikrobiellen Aktivität in Permafrostböden, Wäldern und Meeren sehen Fachleute Handlungsbedarf. Diese Faktoren seien bei den aktuellen Klimamodellen nicht ausreichend berücksichtigt. 

In Jena nimmt sich wieder ein Fahrradprotest den Platz auf der Straße: Die Critical Mass wirbt für bessere Radverkehrsbedingungen und dafür, dass der Radverkehr von Politik und Verwaltung stärker beachtet wird. Wer mitradeln will, findet hier mehr dazu.

Auch in anderen Städten macht sich die Critical Mass regelmäßig auf den Weg. In Leipzig zum Beispiel kann schon heute am 31.1. das Rad gesattelt werden.

Die Klimaallianz Deutschland und das Institut für Kirche und Gesellschaft diskutieren, warum der Klimaschutz für die nächste Bundesregierung eine zentrale Aufgabe bleibt, was die zentralen Herausforderungen und Chancen sind und was Menschen selbst beitragen können, damit das Thema Teil des öffentlichen Diskurses bleibt. Um 18:15 Uhr geht’s los. Hier erfahren Sie mehr dazu.

Zwei Wochen vor der Bundestagswahl rufen Fridays For Future Dresden und weitere Umweltgruppen zum Klimastreik am 7. Februar auf. Sie fordern mehr Aufmerksamkeit für den Klimaschutz im Wahlkampf. In Dresden findet der Aktionstag wegen der rechtsextremen Aufmärsche rund um den 13. Februar bereits eine Woche früher statt. In Erfurt dagegen wird für den 14. Februar zum Klimastreik mobilisiert.

Die Waldbrände in und um Los Angeles haben erheblichen Schaden angerichtet, mindestens 29 Menschen sind ums Leben gekommen. Aber welchen Anteil hatte daran der Klimawandel? Eine erste Attributionsstudie zeigt jetzt, wie viel wahrscheinlicher das Ausmaß der Brände durch den Klimawandel geworden ist. Demnach hat er das Risiko der Waldbrände deutlich erhöht. Die heißen, trockenen und windigen Bedingungen, die zu den Bränden führten, seien zu 35 Prozent auf den menschengemachten Klimawandel zurückzuführen. Die große Rolle liege vor allem darin, dass dadurch bestimmte Wetterbedingungen stärker überlappten. Da die Trockenheit immer weiter in den Winter reiche, könnten die starken Santa-Ana-Winde kleine Brände stark anfachen.

Bei der tagesschau erfahren Sie mehr zu der neuen Attributionsstudie.

Die fortschreitende Klimaerwärmung bringt gesundheitliche Risiken mit sich. Eine neue Studie, die im Fachmagazin Nature Medicine erschienen ist, zeigt jetzt wie viele zusätzliche Todesfälle es künftig geben kann. Wenn die Menschheit weiterhin ungebremst fossile Energieträger verfeuere und nicht zu einer Anpassung bereit sei, könnten demnach die temperaturbedingten Todeszahlen in europäischen Städten um die Hälfte zunehmen. Das wären bis zu 2,3 Millionen zusätzliche Todesfälle bis zum Ende des Jahrhunderts. Fachkollegen bewerten dieses Ergebnis als statistisch richtig, mahnen aber, dass sich daran nur ein grober Trend ablesen lasse.

Erfahren Sie mehr dazu bei MDR Wissen.

Die Biodiversität verändert sich schneller in Gegeneden, in denen sich auch die Temperaturen schneller verändern. Das ist das Ergebnis einer Studie unter Mitarbeit des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), die im Fachmagazin Nature erschienen ist. Die Forschenden untersuchten dabei die Anzahl von Arten in einem Ökosystem im Verlauf der Zeit. Dabei habe sich gezeigt, dass die beobachteten Veränderungen in der Arten-Zusammensetzung umso größer waren, je schneller sich ein Ort erwärmt oder abgekühlt hat. Es sei, so die Forschenden, als würde man Spielkarten neu mischen und das durch die Temperaturveränderung immer schneller. Das Risiko dabei sei allerdings dabei Karten zu verlieren.

Lesen Sie beim iDiv mehr zu dieser Publikation.

Ab Februar müssen neu angeschlossene Photovoltaikanlage im Zentralen Register für Einheiten- und Komponentenzertifikate (Zerez) eingetragen werden. Dadurch soll der Umgang mit Zertifikaten beschleunigt und der Netzanschluss vereinfacht werden, heißt es vom Bundeswirtschaftsministerium. Außerdem sinkt im Februar die Einspeisevergütung für Strom aus Photovoltaikanlagen. Die Höhe der Vergütung richtet sich nach der Leistung der Anlage und danach, ob der Strom ganz oder nur teilweise eingespeist wird.

Alle Neuerungen ab Februar gibt es hier.

So, damit haben wir es geschafft. Nicht nur diese Ausgabe des Klima-Updates geht zu Ende, sondern auch dieser gefühlt ewige Januar. Der zog sich ja wie Kaugummi. Aber vielleicht liegt das auch am Wahlkampf, der sich aus Klimasicht auch etwas anfühlt wie einem Unfall in Zeitlupe zuzuschauen.

Da kann ich verstehen, dass man vielleicht nicht noch ein langes Gespräch mit Luisa Neubauer (Link oben in den Tipps - es würde sich schon lohnen, versprochen!) auf die Sorgen draufsatteln will. Deshalb hab ich noch etwas Schönes zum Schluss für Sie aus den Tiefen der ARD Audiothek gewühlt - zur Psychohygiene sozusagen. In diesem Podcast vom BR erzählt der Klima- und Ozonforscher Wolfgang Steinbrecht von seiner Arbeit und seinem Leben. Er arbeitet nämlich hoch über Oberbayern auf dem Hohen Peißenberg.

Ansonsten können Sie dann ab kommenden Mittwoch auch wieder den Wahl-O-Mat anwerfen. Sie glauben den Verprechungen der Parteien nicht und bewerten lieber Taten? Dann gibt es jetzt auch den Real-O-Mat. Und auch in Sachen Briefwahl sollte man sich langsam in die Spur begeben, wenn man am 23. Februar nicht persönlich wählen gehen kann. Denn eine Bitte habe ich in dieser doch historischen Woche an Sie: Gehen Sie wählen. Und wenn sie mich fragen, dann so, dass es die zukünftigen Generationen Ihnen danken werden. Verlieren wir nicht die Zuversicht!

Es bedankt sich,

Kristin Kielon