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Leben im untersten Kellergeschoss

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 25.05.2011 13:55

Südafrikas Witwatersrand zählt zu den goldreichsten Gebieten der Erde, und die Menschen graben auf der Jagd nach dem begehrten Edelmetall in Tiefen, die ihnen sonst auf dem Planeten verschlossen sind. Mehr als drei Kilometer tief reichen beispielsweise die Bergwerke bei Carletonville, rund 80 Kilometer südwestlich von Johannesburg. Das macht sie nicht nur für die Minengesellschaften interessant, sondern auch für Mikrobiologen. Denn dort können diese problemlos an das bislang tiefste je entdeckte Ökosystem der Erde gelangen.

Johanna Lippmann-Pipke untertage"Dieses Ökosystem beginnt bei mehr als zwei Kilometern und dehnt sich wahrscheinlich mindestens bis in fünf Kilometer Tiefe aus", erklärt Tullis Onstott, Mikrobiologe an der Princeton Universität im US-Bundesstaat New Jersey und Experte für die sogenannte Tiefe Biosphäre. Die bewohnt den wohl größten Lebensraum unseres Planeten: die oberste Schicht der Erdkruste.  In den vergangenen Jahren dämmerte es den Forschern, dass das Leben sich nicht nur die Oberfläche, die Atmosphäre und die Ozeane der Erde erschlossen hat, sondern auch ins Planeteninnere vorgedrungen ist. Wie tief dieser belebte Teil reicht, ist unklar, doch die südafrikanischen Minen zeigen, dass er ziemlich ausgedehnt sein kann.

Auch die tiefe Biosphäre braucht dabei eine Lebensgrundlage. Im südafrikanischen Fall ist das stark mit Nährstoffen gesättigtes Wasser, das in Poren und Klüften des Gesteins gefangen ist. Und auch dieses Wasser kann mit einem Superlativ aufwarten: Es ist vermutlich das älteste Wasser, das bislang entdeckt wurde. Johanna Lippmann-Pipke vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf hat das mit akribischen chemischen Analysen herausgefunden und in der Zeitschrift "Chemical Geology" publiziert. Sie hat die Isotopenzusammensetzung des Edelgases Neon untersucht, das in winzigen Spuren im Wasser gelöst ist. Dieses Isotopenprofil ist in allem Oberflächenwasser praktisch identisch, "und wenn wir Wasser mit anderer Zusammensetzung finden", so Lippmann-Pipke, "ist das eine geologische Sensation".

Fußballstadion und AbraumhaldenDen Forschern zufolge deuten die Neon-Zusammensetzung in dem südafrikanischen Bergwerkswasser darauf hin, dass es seit rund zwei Milliarden Jahren von der Oberfläche isoliert gewesen ist. Vor zwei Milliarden Jahren traf ein wohl zehn Kilometer großer Asteroid das Gebiet des Kapvaal-Kratons, das heute Witwatersrand heißt, und schlug einen zehn Kilometer tiefen, 40 Kilometer breiten und 100 Kilometer langen Krater in die Kruste. Der Vredefort-Dom zeugt heute noch von der Katastrophe. Der Einschlag ließ die Erdkruste schmelzen und verdampfen und Tullis Onstott vermutet, dass es damals das Wasser seine Fracht an Nährstoffen erhielt und seitdem bewahrte. "Das war wie an den heißen Quellen am Meeresgrund", erklärt der Mikrobiologe.

Im Unterschied zu den Schwarzen Rauchern produzierte der Asteroideneinschlag aber nur ein einziges Mal nährstoffreiche Wässer, mit dieser Ration müssen die Mikroben im Untergrund des Witwatersrand seither auskommen. Das gelingt ihnen überraschend gut, denn dort unten hat sich ein Kreislaufsystem etabliert, das solange funktionieren wird, wie der natürliche radioaktive Zerfall im Umgebungsgestein die notwendige Energie liefert. Die Strahlung spaltet das Wasser in seine Bestandteile. "Die Bakterien leben einerseits von dem Wasserstoff aus dieser Hydrolyse", so Onstott, "doch sie leben andererseits auch von den indirekten Produkten der Reaktion." Denn der freie Sauerstoff aus der Wasserspaltung führt zu einer Oxidation des im Gestein reichlich vorhandenen Eisensulfids mit dem Endprodukt Eisensulfat. "Dieses Sulfat wiederum nutzen die Bakterien und reduzieren es zu Sulfid", so Onstott, "dadurch leben sie in einem geschlossenen Kreislaufsystem, das sich durch die Radioaktivität erneuert."

Open Pit im WitwatersrandUnsicher ist, wie lange die Bakterien sich dort unten bereits eingerichtet haben. So alt wie die Wässer im Gestein sind sie definitiv nicht und sie kommen sicherlich von der Oberfläche. Doch direkte Verwandte unter den heutigen Oberflächenbakterien haben sie offenbar auch nicht. "Zumindest haben wir sie bislang nicht gefunden", so Onstott, "erst ab einer Tiefe von etwa 1500 Metern beginnen sie aufzutauchen." Erstaunlicherweise finden sich verwandte Bakterien auch in tiefen Bohrlöchern in Nevada und New Mexiko, also an Orten, die auch während der vergangenen Jahrhundertmillionen niemals in besonderer Nähe zum Kapvaal-Kraton lagen.  "Das ist wirklich sehr erstaunlich", wundert sich der Mikrobiologe, "wie sind sie an derart weit auseinander liegende Orte gelangten, ohne vom Ozean verbreitet worden zu sein." Die Mikrobiologen haben dafür nicht nur keine befriedigende Antwort parat, sie haben noch nicht einmal einen halbwegs plausiblen Ansatz, wie die verschiedenen Orte der Tiefen Biosphäre zusammenhängen könnten. "Unsere Ansätze scheinen momentan etwas weit hergeholt", meint Tullis Onstott selbstkritisch, "aber wir können noch nicht einmal beurteilen, ob sie wirklich weit hergeholt sind."

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