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Vielfalt unter dem Eis

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 30.01.2014 11:42

Unter dem dicken Eispanzer der Antarktis liegen zahlreiche Seen, die zum Teil seit Jahrmillionen vom Rest der Welt abgeschnitten sind. Drei von ihnen waren das Ziel von drei Bohrprojekten. Das britische in den Lake Ellsworth scheiterte im Dezember 2012 an technischen Schwierigkeiten, das russische Bohrteam erreichte offenbar den größten antarktischen See Lake Wostok in der Ostantarktis, jedoch ist über seine Ergebnisse bisher nichts zuverlässiges bekannt. Der dritte und kleinste ist der Lake Whillans in der Westantarktis. Er wurde Anfang 2013 erfolgreich angebohrt - jetzt verkündeten die beteiligten Forscher erste Ergebnisse.

 Schutzhütten auf Lake Whillans, Westantarktis, während der Seismik-Kampagne für das WISSARD-Projekt. (Bild: WISSARD) Am 27. Januar 2013 war es so weit: Amerikanische Wissenschaftler bohrten durch 800 Meter dickes Eis den Lake Whillans in der Westantarktis an. Mit einem Mini-U-Boot konnten sie den See erkunden, und auch die Probennahme gelang: 30 Liter Seewasser plus ein 80 Zentimeter langer Bohrkern aus dem Seeschlamm waren die Ausbeute. Und die Proben enthüllten ein unerwartet reiches Leben unter dem Eis.
Verborgen unter 800 Metern Eis liegt Lake Whillans im Westen der Antarktis, vielleicht 100 Kilometer vom Rossmeer entfernt. Seine Fläche ist etwas größer als das Stadtgebiet von Bamberg, aber dafür ist er nur ein bis zwei Meter tief: "Die Wassertemperatur beträgt rund minus 0,5 Grad Celsius, und es ist der Druck des Eises, der das Wasser flüssig hält", erläutert John Priscu, Mikrobiologe an der Montana State University in Bozeman die Ergebnisse. Außerdem ist dieser See nicht besonders stabil: Lake Whillans füllt und leert sich regelmäßig in einem Rhythmus von etwa zehn Jahren.

Topographie des Seebodens von Lake Whillans, Westantarktis, aufgenommen mit Radar. (Bild: WISSARD)Trotzdem haben die Forscher einen für einen See unter dem Eis überraschend hohen Nährstoffgehalt gemessen. Vor allem gab es viel gelösten organischen Kohlenstoff - eine ideale Nahrungsquelle für Mikroorganismen. Außerdem war das Wasser reich an Ammonium: "Das wiederum ist eine interessante Energiequelle für Mikroorganismen", erläutert Brent Christner vom Department of Biological Sciences an der Louisiana State University in Baton Rouge. Davon könnten auch die Organismen im Rossmeer profitieren. Denn wenn sich Lake Whillans alle zehn Jahre entleert, fließt das Wasser dorthin und düngt zumindest die Küstenbereiche.

Und tatsächlich zeigen die DNA-Sequenzierungen, dass die Mikroorganismen in diesem finsteren, kalten Ökosystem diese Quelle nutzen: "Wenn Sie wollen, sind diese Mikroorganismen wie die Pflanzen an der Oberfläche - nur dass sie kein Sonnenlicht brauchen, um Biomasse aufzubauen, sondern die chemische Energie, die in Mineralen steckt", erklärt John Priscu. Wie in wohl jedem anderen Ökosystem der Erde gibt es auch unter dem Eis Primärproduzenten, die Biomasse aufbauen, und solche, die diese Biomasse "verspeisen": nur, dass sich in Lake Whillans anscheinend alles im Bereich der Mikroorganismen abspielt. Noch gibt es keine Hinweise auf höhere Organismen. Die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hielt trotzdem eine Überraschung für die Forscher bereit: Sie wird von Archäen dominiert - einzellige Mikroben, die äußerlich Bakterien gleichen, aber einen eigenen Zweig im Stammbaum des Lebens bilden.

Camp des Bohrprojektes Wissard am Lake Whillans, Westantarktis. (Bild: WISSARD)Die gefundenen Archäen sind dafür bekannt, dass sie Ammonium als Nährstoffquelle nutzen. Und die Forscher fanden noch eine andere Überraschung: "Die bisherigen DNA-Analysen legen nahe, dass die Mitglieder dieses Ökosystem auch verwandtschaftliche Beziehungen zu marinen Mikroben aufweisen. Überhaupt gleicht das Ökosystem des Lake Whillans im Grunde dem an den heißen Tiefseequellen, den Black Smokern, wo die Organismen vom Schwefelwasserstoff abhängen, der aus dem Untergrund aufsteigt", erläutert John Priscu. Nur dass die Black Smoker dunkle und heiße Ökosysteme darstellen, während das in Lake Whillans dunkel und kalt ist: "Dass die Archaeen auch in dieser kalten Welt dominant sind, hat uns überrascht", erklärt Brent Christner.

Woher die Stoffe stammen, die diese Lebenswelt antreiben, ist noch offen. Eine Quelle könnte das Eis selbst sein: Letztendlich fiel es vor Hunderttausenden von Jahren als Schnee und dabei wurde Staub eingeschlossen und in winzigen Bläschen auch Luft. Deshalb besteht Eis zu etwa zehn Prozent aus Gas, und das ist nichts anderes als die Atmosphäre aus der Zeit, zu der es sich gebildet hat. Und so liefert es sowohl anorganischen Kohlenstoff in Form von CO2 und vor allem den Sauerstoff, den die Forscher im Seewasser messen. Eine andere Quelle ist der Seeboden: "Die chemischen Verbindungen könnten aus dem Sediment am Seeboden gelöst werden und ins Wasser übergehen", schlägt John Priscu vor. Dabei ist der Boden des Sees etwas Besonderes: Er stammt aus der Zeit vor 2,3 Millionen Jahren, als dort noch ein Meer war. Und es könne durchaus sein, dass diese alten Sedimente den Kohlenstoff liefern, der das Ökosystem heute antreibe, vermuten die Forscher.

Wasserfluss im Lake Whillans: Kombination aus Radaraufnahmen des Untergrundes und Höhenmessungen der Eisoberfläche. (Bild: WISSARD)Das Ökosystem im Lake Whillans könnte also eine Art Relikt eines alten marinen Ökosystems ist, das die Westantarktis bedeckt hat, bevor die Gletscher kamen. Dafür sprechen auch die große Mengen an Methan, die dem Seeboden entweichen. 80 Zentimeter lang ist der Bohrkern, - und je tiefer sie in diesem Profil messen, desto mehr Methan steckt darin. Die Quelle sollte also tief unter dem See liegen, in den Seesedimenten: "Vielleicht wird es im Sediment von Mikroorganismen produziert, die alten Kohlenstoff nutzen, der zu der Zeit in das Sediment gelangte, als es ein Meeresboden war", vermutet Priscu. Dieses Methan könnte noch aus einem anderen Grund wichtig sein: "Die Antarktis ist ein recht großer Kontinent und die Umwelt unter dem Eispanzer könnte eine bedeutsame Methanquelle darstellen, die wir bislang noch nicht betrachtet haben." Spielen diese marinen Sedimente tatsächlich eine grundlegende Rolle für das Ökosystem, könnten andere Seen unter dem Eis, die auf dem antarktischen Festlandssockel liegen und ohne sie auskommen müssen, eine wesentlich kargere Lebenswelt beheimaten.

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