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Überall Mikroben

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 18.03.2013 12:33

Die Vielfalt des Lebens auf der Erdoberfläche täuscht darüber hinweg, dass weder Großpflanzen noch Tiere und schon gar nicht der Mensch die Biosphäre bestimmen. Die wahren Herren sind die Einzeller: Archäen, Bakterien und Mikroalgen, die sich die Erde in einem Maß erschlossen haben, von dem der Mensch nur träumt. In der Challenger-Tiefe, mit 10.898 Metern unterhalb des Meeresspiegels der tiefste Punkt der Weltmeere, gedeiht ein überraschend umfangreicher Mikrobenzoo. Sogar in den basaltischen Krustenplatten des Pazifik, die unter Hunderten von Meter dicken Sedimentpaketen und Tausenden von Metern Wasser liegen, haben Forscher Einzeller gefunden.

Der druckfeste Lander auf dem Weg in den Marianengraben. (Bild: Nature Geoscience/Anni Glud)Nur selten kommen der Mensch oder eines seiner Geräte zur Challenger-Tiefe im Marianengraben, den Druck dort unten halten nur wenige Unterwasserfahrzeuge aus. Das mag der Grund sein, warum der Wissenschaft das geradezu blühende Ökosystem bislang entging. Mit einem eigens entwickelten, druckfesten Lander hat eine europäisch-japanische Forschergruppe unter der Leitung von Ronnie Glud von der Universität von Süddänemark in Odense jetzt das Sediment am tiefsten Punkt der Ozeane untersucht. "Die Tiefseegräben sind die letzten weißen Flecken auf der Landkarte", erklärt Team-Mitglied Frank Wenzhöfer vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen, "wir möchten gern die bakteriellen Gemeinschaften dort genauer charakterisieren und verstehen, wie sie sich an ein Leben dort angepasst haben." Die Lander-Mission war ein erster Schritt auf dieses Ziel hin, sie fand im Marianengraben eine doppelt so starke Bakterienpopulation wie in einem Vergleichsareal in nur 6000 Metern Tiefe.

Bild des Meeresbodens in der Challenger-Tiefe. (Bild: Jamstec)Das ist erstaunlich, denn in der gesamten Tiefsee gilt: Alles Gute kommt von oben. Die Lebewesen in den dunklen Tiefen gedeihen nur, weil aus den höheren und um Welten produktiveren Zonen des Meeres Nährstoffe herabrieseln. Also sollten auf dem halben Weg von der Oberfläche zur Sohle des Marianengrabens wesentlich mehr verfügbar sein als am Ende einer elf Kilometer langen Reise. Doch tatsächlich wirkt der Marianengraben offenbar als Sedimentfalle, seinen Bewohnern wird durch die Tiefseeströmungen besonders viel Sediment und damit Nahrung zugeschwemmt. Wer allerdings in den Tiefen des Marianengrabens haust, können die Forscher um Ronnie Glud nicht sagen, denn der Lander hat keine Bodenproben mit nach oben gebracht. "Hätten wir sie heraufgeholt", so Ronnie Glud, "hätten viele Organismen die Temperatur- und Druckveränderungen nicht überlebt."

Nahaufnahme des Landers für den tiefsten Punkt des Marianengrabens. (Bild: MPI/Frank Wenzhöfer)Einer zweiten Arbeitsgruppe ist genau diese Kultivierung von Bakterien der Tiefen Biosphäre im Labor gelungen, die Forscher berichten darüber in "Science". Das Team hatte 2004 mit dem IODP-Bohrschiff "Joides Resolution" Bohrkerne aus einem Gebiet vor der kanadischen Westküste genommen, wo die kleine Juan-de-Fuca-Krustenplatte unter rund 260 Meter dicken Sedimenten nach Osten unter die amerikanische Kontinentalplatte drückt. Der Bohrer war durch die Sedimente hindurch in die Platte eingedrungen und Mark Lever von der dänischen Universität Aarhus untersuchte die Basaltproben auf genetisches Material. "Ich suchte nach einem Gen, das für methanproduzierende Mikroorganismen charakteristisch ist", erklärt der Geomikrobiologe. Gefunden hat er dann Indizien für gleich mehrere Mikroorganismen, die in dem sauerstofffreien Gestein leben. "Es dauerte Jahre, die Organismen zu kultivieren, aber schließlich konnten wir nachweisen, dass wir es in der ozeanischen Kruste tatsächlich mit Mikroorganismen zu tun haben, die lebendig und aktiv sind."

Mark Lever bearbeitet einen der Basaltbohrkerne aus der Juan-de-Fuca-Platte. (Bild: Universität Aarhus/Jesper Rais)Damit gelang dem amerikanischen Post-Doc der erste direkte Nachweis von Leben in der tief unter Sedimenten begrabenen Meereskruste. Einige der Mikroorganismen kommen auch in den Sedimenten darüber vor. Andere scheinen Spezialisten für die Basalte zu sein. Die Mikroben können nur das nutzen, was die Erde ihnen an chemischer Energie liefert. Die steckt wohl vor allem im Olivin der Basaltkruste. Das darin enthaltene Eisen reagiert mit Wasser, wobei Wasserstoff freigesetzt wird. "Den nehmen die Mikroorganismen zusammen mit Kohlendioxid auf, um daraus Biomasse zu produzieren", sagt Lever. Wenn die Mikroben aus der Juan-de-Fuca-Platte keine große Ausnahme sind - und bisherige Erfahrungen sprechen dagegen - werden sich solche Organismengemeinschaften an vielen Stellen in den Krustenplatten etabliert haben. Rund 60 Prozent der Erdoberfläche besteht aus ozeanischer Kruste, genug Platz für ungeheure Mengen an Mikroorganismen. "Wir haben 300 Meter tief in die Erdkruste gebohrt und fanden überall Leben", erklärt Mark Lever.