Der Kreislauf des Stickstoffs

Zusammenfassung

Auch die Dynamik des Stickstoffs oder des Schwefels läßt sich in Form von Kreisläufen beschreiben. Wir behandeln lediglich einige Aspekte aus dem Kreislauf des Stickstoffs (Abb. 360). Stickstoff wird von der Pflanze (gemeint ist der Sporophyt der Kormophyten) gewöhnlich als NO₃^⊖-Ion aufgenommen. Der große Vorrat an N₂ in der Atmosphäre steht der Pflanze nicht unmittelbar zur Verfügung. Die endergonische Nitratreduktion (NO₃^⊖→—NH₂) kann die Pflanze leicht durchführen. Ein Großteil des Stickstoffs liegt in der Pflanze in den Polypeptiden vor (gewichtsmäßig machen z. B. die Nucleinsäuren in der Regel nur etwa 10% des Proteins aus). Die heterotrophen Tiere beziehen den Stickstoff im Verband organischer Moleküle von der autotrophen Pflanze. Sie verwenden die „Bausteine“, z. B. die Aminosäuren, zum Aufbau ihrer spezifischen N-haltigen Makromoleküle, in erster Linie also für die Proteinsynthese. Im Gegensatz zur Pflanze scheiden die Tiere N-haltige Moleküle, z. B. Harnstoff oder Harnsäure in beträchtlichen Mengen aus. Diese Moleküle werden durch Bakterien abgebaut, der Stickstoff wird als NH₃ freigesetzt. Auch beim Abbau der Kadaver wird NH₃ in großer Menge freigesetzt. Die Fäulnis und Verwesung bewerkstelligenden Mikroorganismen haben es häufig in erster Linie auf die C-Ketten der Aminosäuren abgesehen. Sie spalten demgemäß NH₃ ab. — Das Endprodukt beim Abbau N-haltiger Moleküle ist auf jeden Fall das NH₃. Im Boden liegt der Ammoniak in Form des NH₄^⊕-Ions vor. — NH₃ bzw. NH₄^⊕ kann von Bakterien derGattungen Nitrosomonas und Nitrobacter mit Hilfe von O₂ über Nitrit zu Nitrat oxydiert werden. Die Bakterien können die freie Energie dieser Nitrifikation für die Durchführung der Chemosynthese verwenden. Sie fixieren CO₂ und bilden organische Moleküle auch ohne Mitwirkung von Lichtenergie. Tatsächlich können diese Bakterien auf einem rein anorganischen Substrat mit CO₂ vorzüglich leben, falls man ihnen NH₃ (bzw. HNO₂) als Substrat für die Oxydation zur Verfügung stellt. Diese Chemoautotrophie, die nur bei einigen Bakterien vorkommt, muß phylogenetisch relativ spät entstanden sein. Da sie auf O₂ angewiesen ist, ist sie auf jeden Fall eine spätere „Erfindung“ als die Photoautotrophie.