Botanik: Selbst ist der Klee

Nur bestimmte, winzige Spezialisten können den reichlich vorhandenen Stickstoff aus der Luft für die Lebewelt verfügbar machen. Ebenso ausschließlich sorgen ebenso winzige und ebenso spezialisierte Organismen dafür, den Stickstoff später, am Ende seiner organischen Karriere, wieder freizusetzen. Richtig? Nicht ganz.

Antje Findeklee

Hufeisenklee — © Charles Hipkins (Ausschnitt)

In der Natur geht es rund, denn Recycling ist das A und O: Nährstoffe, Baustoffe, Wasser – alles wird in unterschiedlichen Varianten auf-, um- und abgebaut und erhält so das Leben am Leben. Zu den wichtigsten Beteiligten zählt Stickstoff, der in der Luft zwar in rauen Mengen enthalten ist, an manchen Orten aber zum Mangelfaktor werden kann. Denn um an das reichhaltige Reservoir heranzukommen, müssen mit einem speziellen Enzym ausgerüstete Bakterien die elementare Variante fixieren und in organische Moleküle einbauen.

Und diese organischen Verbindungen werden eines Tages wieder zerlegt, zunächst zu Ammonium, und dann, bei ausreichender Sauerstoffversorgung, über Nitrit zu Nitrat, einem der wichtigsten Nährstoffe überhaupt. Ein Prozess, der mehrere Stufen mit wiederum verschiedenen, ausgewählten Mikroorganismen umfasst. Ohne die winzigen Spezialisten also käme der ganze Kreislauf ins Stocken – dachte man bisher.

Doch so mancher Schmetterlingsblütler ging da offenbar eigene Wege, berichten nun Charles Hipkin von der Universität von Wales in Swansea und seine Kollegen. Denn die grünen Neugeister machen ihr Nitrit und Nitrat einfach selbst – ohne mikrobielle Hilfe.

Stickstoffkreislauf | Der Stickstoffkreislauf bekommt eine – lokal wohl nicht unbedeutende – neue Komponente: Manche Schmetterlingsblütler sind in der Lage, selbst Nitrat zu bilden – ein Prozess, für den sonst Bakterien zuständig sind, die dafür Ammonium oxidieren.

Dafür bedienen sie sich eines hauseigenen Mittels: der giftigen 3-Nitro-Propionsäure oder 3NPA, die sie in ihren Trieben anreichern, nicht aber in den Wurzeln. Da 3NPA ein wichtiges Enzym der für alle Organismen überlebenswichtigen Atmungskette hemmt, dürfte es seitens der Pflanzen eine wichtige Rolle für die Abwehr von knabberfreudigen, hungrigen Besuchern spielen. Über 500 Arten dieser riesigen Familie sind inzwischen bekannt für ihre toxische Sammlernatur – und dabei ist der größte Teil der Angehörigen noch gar nicht untersucht.

Um zu verhindern, dass ihr Abwehrgift zum Beispiel bei Verletzungen die eigenen Zellen schädigt, besitzen die Schmetterlingsblütler ein Enzym, das 3NPA zersetzen kann. Dabei stellt es pro Säuremolekül zwei Nitrat- und ein Nitritmolekül her: eine Nitrifikation auf anderem Wege also. Und da jene Arten häufig Knöllchenbakterien beherbergen, die ihnen den Luftstickstoff frei Haus liefern, vereinigen sie so beinahe den gesamten Stickstoffkreislauf in einer einzigen Pflanze. Eine bisher nicht beschriebene Eigenleistung.

Aber bleibt es bei einem innerlichen Recycling – werden die gewonnenen Nährstoffe sofort intern wieder verbraucht –, oder gibt es einen Austausch mit der Umwelt? Hipkin und seine Kollegen begaben sich auf Spurensuche in und um Teppiche von Schopf-Hufeisenklee (Hippocrepis comosa). Und dabei stellten sie fest, dass mit dem verrottenden Pflanzenmaterial jährlich immerhin pro Quadratmeter knapp fünfzig Milligramm Stickstoff freigesetzt wurden, die direkt schon, ohne ein bakterielles Händchen im Spiel, als Nitrit und Nitrat vorlagen.

An die Leistung der Mikroorganismen, die in unbewirtschafteten Böden teilweise über ein Gramm Stickstoff pro Quadratmeter und Jahr verfügbar machen, kommen die Leguminosen damit natürlich nicht heran. Allerdings liegen die Umwandlungswerte der bakteriellen Spezialisten auch häufig genug deutlich niedriger, insbesondere in stickstoffarmen Gebieten, wo es den Mikroben an Ammonium als Ausgangsstoff zur Nitratherstellung fehlt. Dort könnte, so spekulieren die Forscher, die von ihnen beschriebene "fotoautotrophe Nitrifikation" – weil auf die fotosynthetisch aktiven Pflanzenteile beschränkt – eine lohnende Alternative sein.