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Reiches Bakterienleben im nährstoffarmen See

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 18.03.2016 11:36

Die Tropen sind für den Aufbau von lang zurückreichenden Klimaarchiven keine gut geeignete Klimazone. Eine der seltenen Gelegenheiten bietet der Towuti-See auf der indonesischen Insel Sulawesi. Ein aufwendiges Projekt des Internationalen Kontinentalen Tiefbohrprogramms ICDP hat im Sommer 2015 Bohrkerne aus den Sedimenten des abgelegenen Sees geborgen. Auf dem Tiefbohr-Symposium in Heidelberg wurden die ersten Ergebnisse vorgestellt.

Blick vom Ufer auf den Towuti-See, über dem ein Sturm im Anmarsch ist. (Bild: ICDP/Lake Towuti Project) Der Towuti-See auf Sulawesi liegt mitten im üppigsten tropischen Regenwald, doch der Überfluss endet schlagartig an der Oberfläche des mit 561 Quadratkilometern zweitgrößten indonesischen Binnengewässers. Tatsächlich gehört er zu den nährstoffärmsten Gewässern der Erde. "Das Wasser ist unglaublich klar, wir haben Sichtweiten von 40 Meter und mehr", berichtet Jens Kallmeyer, Geomikrobiologe am Deutschen Geoforschungszentrum GFZ in Potsdam, der dort zwischen Mai und Juli 2015 an einem Bohrprojekt in den Seeboden teilgenommen hat. Der Towuti-See liegt genau im Zentrum einer Besonderheit im globalen Klimasystem, dem sogenannten Indo-Pacific Warm Pool (IPWP). "Hier wird mit am meisten Feuchtigkeit in die Atmosphäre gepumpt", sagt Kallmeyer. Nur die großen Regenwaldgebiete von Amazonas und Kongo in Südamerika und Afrika können sich darin mit den Dschungelinseln Südostasiens messen.

Das DOSEGG-Bohrfloß im Mai 2015 auf dem Towuti-See auf Sulawesi. (Bild: ICDP/Lake Towuti Project) Die zentrale Lage in einer dieser Schlüsselregionen zusammen mit seiner Nährstoffarmut und dem für eine tektonisch so aktive Region relativ hohen Alter von gut zwei Millionen Jahren machen den See zu einem idealen Archiv einer Region, über deren Klimageschichte nur wenig bekannt ist. Mindestens 650.000 Jahre, vielleicht sogar 800.000 Jahre zurückreichen sollen die Sedimentschichten, die sich auf seinem Grund niedergeschlagen haben. Deshalb finanzierte das Internationale Kontinentale Tiefbohrprogramm ICDP das aufwendige Projekt und ließ die wissenschaftliche Bohrplattform in die entlegene indonesische Provinz transportieren, die bereits im türkischen Van-See und im Toten Meer erprobt worden war. An drei Orten bohrten die Wissenschaftler in das bis zu 175 Meter dicke Sediment des Sees und konnten nach großen technischen Schwierigkeiten zu Beginn rund 1,2 Kilometer Bohrkerne ins ICDP-Lager in Minneapolis senden. "Am Schluss flogen wirklich die Kerne rein", erinnert sich Kallmeyer, "die haben fast jeden Tag einen neuen Rekord aufgestellt und wirklich wahnsinnig tolle Kerne gezogen." Geöffnet und zum ersten Mal genauer untersucht wurden die Sedimentproben erst im Winter 2015/16, die ersten Ergebnisse der Klimaforscher werden wohl noch geraume Zeit auf sich warten lassen.

Ende 2015 wurden die Bohrkerne in Minneapolis, USA, geöffnet. (Bild: ICDP)Die Mikrobiologen um Jens Kallmeyer sind da bereits weiter, weil sie schon vor Ort mit der Untersuchung ihrer Sedimentproben beginnen konnten. Zum ersten Mal wurde am Towuti-See ein Bohrkern nur für mikrobiologische Analysen gewonnen und die GFZ-Forscher hatten extra ihr mobiles Labor aus Potsdam anliefern lassen, um sofort die empfindliche Mikrobenwelt behandeln zu können. "Unser Kern wurde als allererster gebohrt", so Kallmeyer, "wir konnten die ganze Zeit durcharbeiten." Auf dem Symposium der Tiefbohrprogramme in Heidelberg hatte er daher schon die ersten Ergebnisse parat. Die Sedimente sind für einen derart nährstoffarmen See überraschend dicht bevölkert. "Wir haben Zelldichten, die ungefähr dem entsprechen, was man in einem wirklich sehr, sehr organisch reichen Küstensediment finden würde, etwa im Schlickwatt in der Nordsee", erzählt der Geowissenschaftler, "als mein Doktorand mir die Zahlen zeigte, habe ich gedacht, er hat sich verrechnet."

Bohrarbeiten am 27.05.15 auf dem Towuti-See auf Sulawesi. (Bild: ICDP/Lake Towuti Project)Außerdem hat sich in den obersten Schichten des Sediments, die die Geomikrobiologen bislang untersuchten, eine Gemeinschaft schwefelliebender Bakterien etabliert, und das in einer Umgebung, die extrem schwefelarm ist. Das bisschen Schwefel, das in Form von Sulfaten vorhanden ist, muss also ständig recycelt werden. Offenbar ergänzen sich dabei zwei Mikrobengemeinschaften perfekt: Das Abfallprodukt der einen ist die Energiequelle der anderen. "Wir nehmen an, dass der Pool von Sulfat, der im Sediment vorhanden ist, ungefähr einmal am Tag umgeschlagen wird", so Kallmeyer. Dabei entzieht die eine Gemeinschaft dem Sulfat Sauerstoff und nutzt die dabei freiwerdende Energie für den eigenen Stoffwechsel. Danach übernimmt die zweite Gemeinschaft den entstandenen Schwefelwasserstoff, wandelt ihn mit Hilfe des reichlich vorhandenen Eisenoxids wieder in Sulfat um und zieht daraus die zum leben notwendige Energie. Danach beginnt der Kreislauf von neuem.

Sonnenuntergang über dem Towuti-See auf Sulawesi. (Bild: ICDP/Lake Towuti Project)Ohnehin zeigt sich der Towuti-See nur den sauerstoffliebenden Lebewesen von der kargen Seite. Sobald im Seewasser der Sauerstoffgehalt auf einen Wert nahe Null sinkt, blüht das Leben auf. "Ungefähr bei 120 Meter Tiefe wird das Seewasser anoxisch, und die Daten, die wir aus der Wassersäule haben, weisen darauf hin, dass wir direkt an dieser Stelle einen Anstieg der Produktivität haben", so Jens Kallmeyer. Wo der Sauerstoff verschwindet, wird offenbar das Eisenoxid im Wasser chemisch reduziert und setzt dabei das gebundene Phosphat wieder frei. Für Mikroorganismen, die keinen Sauerstoff brauchen, ist das Tiefenwasser des Towuti-See daher ein wahres Schlaraffenland. Offenbar gibt es in den tiefen Zonen des Sees Phosphat im Überfluss, denn im Sediment fanden die Forscher riesige, mehrere Zentimeter große Kristalle von Vivianit, einem Mineral aus Phosphat und Eisen. "Einerseits haben wir ein System, das extremst phosphatlimitiert ist", wundert sich Kallmeyer, "andererseits finden wir phosphathaltige Minerale, in denen grammweise Phosphat gebunden ist." Um dieses Rätsel zu lösen, setzen er und seine Kollegen auf die Genomanalyse der Sedimentmikroben.

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