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Über dieses Buch

In diesem Fachbuch werden die globalen und lokalen Umweltprobleme sowie die Beteiligung von Mikroorganismen an der Entstehung und Beseitigung dieser Probleme angesprochen. Insbesondere werden methodische, teils molekulargenetischen Aspekte zur Untersuchung mikrobieller Lebensgemeinschaften berücksichtigt.

Insgesamt wird die herausragende Rolle der Mikroorganismen in verschiedenen Stoffkreisläufen dargestellt. Neben biochemischen Grundlagen zum Abbau von Umweltschadstoffen wird der Einsatz von Mikroorganismen in umweltbiotechnologischen Verfahren zur Reinigung von Luft, Wasser oder Boden sowie in umweltschonenden Produktionsverfahren diskutiert.

Gedacht ist das Buch für Biologen mit Interesse an umweltmikrobiologischen Fragen, aber auch für Studierende der Verfahrens- oder Umweltverfahrenstechnik, der Geoökologie oder Geologie sowie Studierende anderer umweltwissenschaftlicher Fachrichtungen.

Für die 3. Auflage haben die Autoren das Buch komplett durchgearbeitet, korrigiert, aktualisiert und ergänzt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Globale Umwelt. Klima und Mikroorganismen

Zusammenfassung
Das Leben auf der Erde hat sich selbst die Atmosphäre geschaffen, die für sein Überleben notwendig ist. Das Weltklima ist nicht nur eine Funktion der Atmosphärenphysik, sondern auch der Atmosphärenchemie. Diese ist sehr dynamisch und zu einem großen Teil das Ergebnis der Biosphäre und damit mikrobieller Prozesse.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 2. Mikroorganismen, Akteure in der Umwelt

Zusammenfassung
Verschiedene Gruppen von Organismen siedeln sich in der Umwelt in den verschiedenen Stufen eines Ökosystems an. Die Pflanzen fungieren als Primärproduzenten, die Tiere und der Mensch als Konsumenten und die Mikroorganismen – Bakterien und Pilze – als Destruenten. Den Mikroorganismen kommt in dieser Funktion auch bei der Bewältigung von Umweltproblemen eine entscheidende Rolle zu. Sie sind essenzielle Teilglieder in Stoffkreisläufen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 3. Zusammenhang von mikrobieller Energiegewinnung und Stoffkreisläufen

Zusammenfassung
Hauptgründe für die große Bedeutung der Mikroorganismen in vielen Stoffkreisläufen liegen in der Intensität ihrer Stoffwechselvorgänge und der Vielfalt ihrer Stoffwechselwege. Während die höheren Organismen, wie in Kap. 2 angesprochen, im Verlauf der Evolution eine große morphologisch-anatomische Differenzierung erreichten, besitzen die Mikroorganismen, betrachtet als Gesamtheit, eine ausgeprägte biochemische Differenzierung.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 4. Kohlenstoffkreislauf

Zusammenfassung
Die Zusammensetzung der heutigen Erdatmosphäre geht auf biologische Prozesse im Verlauf der Erdgeschichte zurück. Die Uratmosphäre enthielt vor vier Milliarden Jahren vor allem Wasser, CO2 und reduzierte Verbindungen. Wahrscheinlich wurden CH4, H2 und H2S durch die Vorfahren der Archaea, deren Entstehung vor etwa 3,8 Mrd. Jahren angenommen wird, assimiliert.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 5. Umweltchemikalien

Zusammenfassung
Umweltchemikalien sind Stoffe, die durch menschliches Zutun in die Umwelt gebracht werden und in Mengen oder Konzentrationen auftreten können, die geeignet sind, den Menschen und seine belebte Umwelt (Tiere, Pflanzen und auch Mikroorganismen) zu gefährden. Hierzu gehören chemische Elemente oder Verbindungen organischer oder anorganischer Natur, synthetischen oder natürlichen Ursprungs. Das menschliche Zutun kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen, es kann beabsichtigt oder unbeabsichtigt sein“.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 6. Mikrobieller Abbau von Schadstoffen

Zusammenfassung
Mit der industriellen Entwicklung der vergangenen hundert Jahre sind in zunehmendem Maße Komponenten und Produkte aus Erdöl und Kohle in die Umwelt gelangt. Die Verunreinigungen durch Erdöl erfolgen bei der Förderung, dem Transport, der Verarbeitung zu Treibstoffen und Petrochemikalien und beim unsachgemäßen Einsatz von Treib- und Schmierstoffen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 7. Der mikrobielle Stickstoffkreislauf

Zusammenfassung
Zahlreiche wichtige Redoxreaktionen von Stickstoff werden in der Natur fast ausschließlich von Mikroorganismen ausgeführt, weshalb die mikrobielle Beteiligung am Stickstoffkreislauf von großer Bedeutung ist. Stickstoff existiert in verschiedenen Oxidationsstufen, sie reichen von −3 im Ammonium bis zu +5 im Nitrat. Bei mikrobiellen Umsetzungen werden alle Oxidationsstufen durchlaufen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 8. Kreisläufe von Schwefel, Eisen und Mangan

Zusammenfassung
Umwandlungen von Schwefel sind aufgrund der verschiedenen Oxidationszustände des Schwefels und der Tatsache, dass einige Umwandlungen mit beträchtlicher Geschwindigkeit sowohl chemisch als auch biologisch ablaufen, noch komplexer als die von Stickstoff. Der Redoxkreislauf für Schwefel und die Beteiligung von Mikroorganismen an Schwefelumwandlungen sind in Abb. 8.1 dargestellt. Obwohl eine große Anzahl von Oxidationszuständen möglich ist, bilden nur die folgenden signifikante Mengen in der Natur: −2 (Sulfhydryl, R-SH, und Sulfid, HS), 0 (Elementarschwefel, S0) sowie +6 (Sulfat, SO42−).
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 9. Schwermetalle und andere toxische anorganische Ionen

Zusammenfassung
Mit der Bezeichnung Schwermetalle wird willkürlich eine Gruppe von Metallen zusammengefasst, wobei eine eindeutige, wissenschaftlich akzeptierte Definition fehlt. Die Dichte von >5 g/cm3 oder die Toxizität werden in der Öffentlichkeit oft mit dem Begriff Schwermetall in Zusammenhang gebracht. In Listen von Schwermetallen werden oft auch Halbmetalle wie zum Beispiel Arsen und Thallium mit eingeschlossen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 10. Mikroorganismen an unterschiedlichen Standorten: Lebensbedingungen und Anpassungsstrategien

Zusammenfassung
Die natürlichen Habitate von Mikroorganismen sind außerordentlich vielfältig. Jedes Biotop erlaubt das Wachstum von Mikroorganismen, selbst wenn extreme physikalische oder chemische Bedingungen vorherrschen. Die Lebensbereiche umfassen zum Beispiel das freie Wasser der Ozeane oder von Seen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 11. Mikrobielle Lebensgemeinschaften. Strukturelle und funktionelle Analysen mit klassischer Vorgehensweise

Zusammenfassung
Mikroorganismen sind an zahlreichen Prozessen in der Umwelt in erwünschter oder unerwünschter Weise beteiligt. Gleichzeitig kommen sie in der Natur praktisch nie als Reinkultur vor, sondern immer gemeinsam mit anderen Mikroorganismen und oft auch höheren Organismen. Insofern stellt sich immer wieder die Aufgabe, etwas über den Zustand mikrobieller Gemeinschaften zu erfahren.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 12. Mikrobielle Lebensgemeinschaften. Strukturelle und funktionelle Analysen mit molekularbiologischer Vorgehensweise

Zusammenfassung
Mittlerweile stützen sich Identifizierung und Klassifizierung weitgehend auf Sequenzanalysen von ribosomaler RNA (rRNA) beziehungsweise der diese kodierenden rDNA sowie von Genen universell verbreiteter Enzyme, da dies zu phylogenetisch korrekteren taxonomischen Gruppierungen führt als traditionelle Methoden und da auch sehr entfernte Verwandtschaften analysierbar sind. Im Folgenden sollen deshalb die Prinzipien hinter den wichtigsten molekulargenetischen Methoden zur Identifizierung und Klassifizierung von isolierten Bakterien und zur Charakterisierung mikrobieller Lebensgemeinschaften kurz dargestellt werden.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 13. Schäden an anorganischen Materialien durch mikrobielle Aktivitäten, Biokorrosion

Zusammenfassung
Das technisch bedeutsamste Metall Eisen (Fe0) korrodiert ohne Schutzanstrich oder ohne Legierung mit anderen, teureren Metallen im wässrigen Milieu als Folge chemischer, aber auch biologischer Abläufe.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 14. Biologische Abwasserreinigung

Zusammenfassung
Das Wasserhaushaltsgesetz regelt die mittel- oder unmittelbare Nutzung der Gewässer, woraus sich die Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in ein Gewässer ergeben. Abwasser ist „durch Gebrauch verändertes abfließendes Wasser und jedes in die Kanalisation gelangende Wasser“ (DIN 4045) – also auch Regenwasser. Zu unterscheiden sind Indirekt- und Direkteinleiter: Indirekteinleiter sind Abwasserproduzenten, deren Abwässer zusammen mit anderen (zum Beispiel den häuslichen) Abwässern in eine öffentliche (kommunale) Kläranlage gelangen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 15. Biologische Abluftreinigung

Zusammenfassung
„Die Technische Anleitung Luft dient dem Schutz der Allgemeinheit und der Nachbarschaft vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen und der Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, um ein hohes Schutzniveau für die Umwelt insgesamt zu erreichen.“
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 16. Biologische Bodensanierung

Zusammenfassung
Erst in den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurden die Gefahren erkannt, die von den als Altlasten bezeichneten Bodenverunreinigungen ausgehen. Unter Altlasten versteht man Ablagerungen und Altstandorte mit Stoffen, von denen Gefährdungen für die Umwelt, besonders für die menschliche Gesundheit ausgehen oder zu erwarten sind. Altablagerungen sind verlassene oder stillgelegte Ablagerungsplätze für Abfälle und Produktionsrückstände, zum Beispiel „wilde“ Müllkippen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 17. Biologische Abfallbehandlung

Zusammenfassung
Ein großes Umweltproblem stellen Haus-, Gewerbe- und Sondermüll dar. Das hohe Müllaufkommen und der begrenzte Deponieraum haben in den letzten Jahren zu gesetzlichen Grundlagen der Kreislauf- und Abfallwirtschaft geführt. Abfallvermeidung hat als oberstes Ziel Einzug in die Gesetze gehalten. Die Verwertungserfolge sind unterschiedlich und teilweise noch gering. Hohe Recyclingpotenziale liegen in häuslichen Abfällen, die zu einem hohen Anteil aus kompostierbaren organischen Abfall und wiederverwertbaren Verpackungsmaterialien bestehen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 18. Biotechnologie und Umweltschutz

Zusammenfassung
Die Belange einer umweltgemäßen Schädlingsbekämpfung führen in zunehmendem Maße zur Suche nach Mikroorganismen, die als Antagonisten gegen sogenannte Schadinsekten eingesetzt werden können oder deren Stoffwechselprodukte sich als neue Wirkstoffe eignen.
Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 19. Denkanstöße

Zusammenfassung
Der Erhalt und die Erzeugung einer sicheren und sauberen Umwelt sind heute mit dem Begriff der Nachhaltigkeit belegt. Sie beinhaltet ein Konzept der Nutzung eines Systems, welches in seinen wesentlichen Eigenschaften erhalten bleiben soll und dessen Bestand auf natürliche Weise regeneriert werden kann. Den Begriff Nachhaltigkeit sollte man jedoch hinterfragen, da er sehr unterschiedlich benutzt wird. Interessen scheinen bei der mannigfaltigen Nutzung nicht unerheblich zu sein. Der Leser soll zum Schluss anhand von Denkanstößen die Frage beantworten: Was hat Umweltmikrobiologie für die Bewältigung von Umweltproblemen anzubieten?
Walter Reineke, Michael Schlömann

Backmatter

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