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Biosphäre unter Langzeitbeobachtung

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 29.07.2015 09:54

Seit in den 1990er Jahren die ersten Tiefseeobservatorien am Meeresboden errichtet wurden, werden sie ständig verbessert und erweitert. Zu den ausgefeiltesten gehört das im Juan-de-Fuca-Rücken vor der Küste von Seattle und Vancouver und das am Mittelatlantischen Rücken. Dort laufen seit 2011 Experimente, um das Leben in der tiefen Biosphäre des Meeresbodens sozusagen vor Ort zu untersuchen. Bei den ersten Auswertungen erlebten die Forscher eine Überraschung.

Hydrothermalquelle am Mittelatlantischen Rücken. (Foto: Nature/R.B. Pedersen, Centre for Geobiology, Uni Bergen)Mehr als zwei Drittel der Erde sind von Meeren bedeckt, und der tiefe Meeresboden ist das Reich der Mikroorganismen: Dort sind Bakterien, Archäen und Viren, aber auch winzige Eukaryonten "lebendig begraben". Weil bislang so gut wie nichts über diese Lebenswelt bekannt ist, haben Mikrobiologen vor der Küste von Seattle und am Mittelatlantischen Rücken spezialisierte Meeresobservatorien eingerichtet.

"Es sind recht große Installationen", beschreibt Beth Orcutt vom Bigelow-Laboratorium für Meeresforschung in Maine. Oberhalb des Tiefseebodens ist eine drei bis vier Meter hohe Plattform zu sehen, an der ein U-Boot oder ein ferngesteuerter Roboter andocken kann, um Wasserproben aus dem Untergrund zu ziehen oder Experimente auszutauschen. Das Laboratorium selbst befindet sich in den Bohrlöchern unter der Plattform. Dabei reicht das bislang tiefste 600 Meter unter den Meeresboden. Neben diversen Sensoren, die physikalische oder chemische Parameter messen, laufen dort unten auch die mikrobiologische Experimente. So bieten die Forscher den Mikroorganismen mehrere Jahre lang ein kleines "Buffet" mit unterschiedlichen Gesteinstypen an. Sie wollen sehen, was sie bevorzugen und auf welchen chemischen Reaktionen ihr Lebensstil beruht.

Mitarbeiter von Lollar nehmen Wasserproben in einer südafrikanischen Goldmine. (Bild: University of Toronto, Barbara Sherwood Lollar)Die ersten Experimente wurden inzwischen ausgetauscht, und die Proben werden analysiert. Am Juan-de-Fuca-Rücken vor der Küste Seattles haben die Mikrobiologen ein  Hydrothermalsystem beprobt. Dort heizt sich Wasser, das durch die Meereskruste zirkuliert, auf etwa 65 Grad Celsius auf: "Es enthält keinen Sauerstoff mehr, und die Mikrobengemeinschaft, die wir darin beobachten, ist - verglichen mit anderen submarinen Hydrothermalsystemen - ziemlich einzigartig", erklärt die Mikrobiologin Orcutt. 

Der Grund: In diesem System leben Verwandte eines Bakteriums, das erstmals 2008 in mehr als drei Kilometern Tiefe in südafrikanischen Goldminen entdeckt wurde. Anscheinend gebe es eine interessante Verbindung zwischen der tiefen Biosphäre der Kontinente und der des Meeresbodens: "Diese speziellen Bakterien können schlechte Zeiten als Sporen überdauern und sind normalerweise sowohl in terrestrischen, als auch in Tiefsee-Ökosystemen sehr, sehr, sehr selten. Erst wenn sich die Umwelt ändert und die Temperaturen steigen, scheinen diese Bakterien wieder zu erwachen."

In den Goldminen Südafrikas nutzen diese Bakterien den durch die Radioaktivität im Gestein hydrolytisch entstandenen Wasserstoff, um ihre Energie aus Sulfaten zu ziehen. Tief im Meeresboden sind sie anscheinend nicht auf die Hilfe des radioaktiver Zerfalls angewiesen: Im Meerwasser gibt es reichlich Sulfat, und Wasserstoff entsteht durch chemische Reaktionen zwischen Wasser und Gestein. "Es könnte sein, dass diese sporenbildenden Bakterien in 65 Grad Grad warmem und sauerstofffreiem Wasser einen Vorteil gegenüber den Allerweltsmikroben der Tiefsee haben", vermutet die Forscherin. Diese Hypothese wird gerade überprüft.

Blick in den Stollen der südafrikanischen Goldmine, aus der die Geowissenschaftler ihre Wasserproben bezogen. (Bild: Gaetan Bourgonie)In dem zweiten Observatorium am Mittelatlantischen Rücken fanden die Mikrobiologen ganz andere Organismen. Es ist zwar auch ein Hydrothermalsystem, aber das Wasser ist kühler als am Juan-de-Fuca-Rücken und enthält Sauerstoff. Dort bietet sich den Forschern ein ganz anderes Bild: Die Mikrobengemeinschaft im Untergrund gleicht der im atlantischen Tiefenwasser. Allerdings hat sich die Zusammensetzung durch chemische Reaktionen im Sediment verschoben. Die Ökosysteme der tiefen Biosphäre im Meeresboden scheinen jedenfalls vielfältig zu sein - mit manchmal überraschenden Verbindungen zu jenen an Land.