Stickstoff ist ein Schlüsselelement aller lebenden Systeme in unserer Biosphäre. Der Stickstoffkreislauf umfasst viele komplexe Transformationsprozesse, die oft von Mikroorganismen gesteuert werden. Während einige Transformationsprozesse, z.B. die Stickstofffixierung, auf spezialisierte Bakterien angewiesen sind, werden andere von einer Vielzahl Bakterien und Pilze katalysiert (z.B. der N-Abbau in organischen Substanzen). Obwohl nur 1/6 der Erdoberfläche Landlebensräume umfasst, spielen die Böden dieser eine herausragende Rolle im globalen N-Kreislauf. Böden stellen ein komplexes Medium mit einer Vielzahl von Mikro-Nischen dar. Diese Bereiche unterschiedlicher Feuchte, Nährstoffversorgung, unterschiedlichen pHs und Redoxpotentials sind Orte diverser N-Transformationsprozesse unter Beteilung der spezifischen Gruppen von Mikroorganismen. Die jeweiligen Verhältnisse im Boden ändern sich in Abhängigkeit von Zeit und Raum. Daher war ein feinskaliges in situ Monitoring von N-Transformationsprozessen in Böden bislang unmöglich. Da eine Vielzahl von Bodenmikroorganismen nicht kultivierbar ist und solche die in Kultur wachsen unter Laborbedingungen oftmals andere physiologische Eigenschaften zeigen ist die Übertragbarkeit von Ergebnissen aus Mikrokosmen-Experimenten auf Freilandsituationen oft nicht oder nur sehr bedingt möglich. Auch die Messung von Summenparametern kann problematisch sein, da viele Analysen lediglich den Gleichgewichtszustand zwischen zwei gegenläufigen Prozessen (z.B. Nitrifikation vs. Denitrifikation) messen. Somit sind auch hier effektive Rückschlüsse auf laufende Prozesse nur bedingt möglich. Ein wesentlicher Schritt in der Quantifizierung von Stoffflüssen und in der Identifikation von Prozessabläufen war die Einführung der ¹⁵N Isotopen-Messtechnik. Vor allem die substanzspezifischen Isotopenanalysen von organischen Bodenbestandteilen bringen wertvolle Informationen über Stickstoffflüssen innerhalb des Bodensystems.

Eine weitere wesentlich Ebene ist die der molekularbiologischen Untersuchung von N-Transformationsprozessen. Auf diesem Weg wird es möglich Transformationsprozesse sehr feinskalig zu lokalisieren und – bedingt – auch zu quantifizieren. Durch PCR-basierte DNA-Analysen wird es möglich die Struktur mikrobieller Gemeinschaften zu entschlüsseln. Die RT-PCR-basierte Analyse von RNA erlaubt es die Genexpression spezifischer Gene zu verfolgen. Unser Projekt wird in diesem Zusammenhang insbesondere Enzyme des Stickstoffkreislaufes beleuchten. Nichtsdestotrotz ist die, aufgrund der heterogenen Bodenstruktur, zu bewältigende Analysenmenge mit einem enormen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Aus diesem Grund ist im Rahmen der laufen Untersuchungen zunächst angestrebt nach einer ersten basalen Analyse von N-Transformationsprozessen und den daran beteiligten Mikroorganismen die gewonnen Daten auf Biochips zu übertragen und somit den Zeitaufwand für die Analysen zu minimieren und damit schneller und effektiver die Datenerhebung zu gewährleisten. Eine Grundvoraussetzung der vorliegenden Studie war die Verfügbarkeit basaler ökologischer und ökosystemarer Parameter zum Untersuchungsgebiet. Diese Grundvoraussetzung kann auf der ausgewählten Untersuchungsfläche im Solling als gewährleistet angesehen werden, da die Universität Göttingen (Forschungszentrum Waldökosysteme) bereits seit vielen Jahren auf diesen Flächen arbeitet.

Momentan wird der am Department bereits vorhandene Datensatz zu Laccasegenen durch Sequenzen von den Flächen im Solling ergänzt. Im nächsten Schritt werden wir, in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von G. Rambold (Bayreuth) einen Biochip entwickeln, um die Diversität pilzlicher Laccasen im Untersuchungsgebiet vollständig erfassen zu können.