11. Dez. 2019
Geomikrobiologin Katja Laufer vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel kratzt mit einem Spatel Bakterien von der Oberfläche einer Massivsulfid-Probe ab, die kurz zuvor mit dem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug ROPOS an Bord geholt wurde.

Geomikrobiologin Katja Laufer vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel kratzt mit einem Spatel Bakterien von der Oberfläche einer Massivsulfid-Probe ab, die kurz zuvor mit dem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug ROPOS an Bord geholt wurde.

Das Meer ist die Wiege alles irdischen Lebens. Wie und wann es entstanden ist, darüber gibt es nur Hypothesen. Eine besagt, dass es genau an solchen heißen schwefelhaltigen Hydrothermalquellen wie in unserem Untersuchungsgebiet entstanden sein soll. Was für uns Menschen äußerst unwirtliche Orte sind, stellt für unzählige, winzige, unsichtbare Bakterien ein wahres Schlaraffenland dar. Und sie sind Lebenskünstler par excellence.

Dabei bestehen sie aus nur einer Zelle. Die meisten Arten sind etwa 1 Mikrometer (0,001 Millimeter) groß. Dennoch sind sie gewiss die erfolgreichsten Lebewesen auf unserem Planeten. Das liegt unter anderem daran, dass Sie Energie aus einem Dutzend unterschiedlicher Stoffe gewinnen, also quasi damit atmen können. Einige Bakterienarten atmen Sauerstoff (aerobe Bakterien). Für andere Arten ist Sauerstoff pures Gift (anaerobe Bakterien). Sie atmen stattdessen Schwefel oder auch Eisen, Nitrat, Mangan oder sogar Uran. Und nicht nur das: Eine einzelne Bakterie kann ihren Stoffwechsel auch von aerob auf anaerob oder umgekehrt umstellen. Einige Arten sind sehr temperaturverträglich. Die Extremsten unter ihnen fühlen sich ausschließlich bei ungefähr 120 Grad Celsius wohl. Mikroben existieren darüber hinaus auch noch in mehreren hundert Meter tiefliegenden Gesteinsschichten. Dort überdauern sie extrem lange, indem sie ihre Zelle im Extremfall nur alle 1000 Jahre teilen. Finden sie keine günstigen Lebensbedingungen mehr vor, verwandeln sie sich in eine Spore. Ihr Stoffwechsel kommt damit komplett zum Erliegen. So harren sie über hunderttausende oder mehr Jahre aus.

Der Kern des Besiedelungsexperimentes besteht aus drei unterschiedlichen Leckerbissen für Bakterien, die in Hydrothermalfeldern leben. Rechts unten: reines Eisensulfid (Pyrit). Links unten und oben: Massivsulfid-Erzproben von zwei unterschiedlichen Hydrothermalfeldern.

Bild: Katja Laufer

Vor dem Tauchgang verstaut Geomikrobiologin Katja Laufer vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung ihr Besiedlungsexperimente (grau) in dem ROPOS.

Bild: BGR

Der Greifarm des ROPOS deponiert die Besiedelungsexperimente (Inkubatoren) am Meeresboden an drei unterschiedlichen Stellen. Ein Inkubator wird auf Tiefseesediment (1) deponiert, ein Inkubator auf einem inaktiven (2) und einer auf einem aktiven Hydrothermalfeld (3 und 4).

Bild: BGR
1 / 3

Der Kern des Besiedelungsexperimentes besteht aus drei unterschiedlichen Leckerbissen für Bakterien, die in Hydrothermalfeldern leben. Rechts unten: reines Eisensulfid (Pyrit). Links unten und oben: Massivsulfid-Erzproben von zwei unterschiedlichen Hydrothermalfeldern.

Bild: Katja Laufer

Vor dem Tauchgang verstaut Geomikrobiologin Katja Laufer vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung ihr Besiedlungsexperimente (grau) in dem ROPOS.

Bild: BGR

Der Greifarm des ROPOS deponiert die Besiedelungsexperimente (Inkubatoren) am Meeresboden an drei unterschiedlichen Stellen. Ein Inkubator wird auf Tiefseesediment (1) deponiert, ein Inkubator auf einem inaktiven (2) und einer auf einem aktiven Hydrothermalfeld (3 und 4).

Bild: BGR

In Punkto Bakterien kennt sich Geomikrobiologin Katja Laufer vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel bestens aus. Heute schaue ich ihr über die Schulter. "Alles ist überall. Allein die Umwelt selektiert." Womit sie meint: Bakterien gibt es praktisch überall. Bietet man ihnen etwas Schmackhaftes an, finden sie sich auch ein. "Über chemische Sensoren spüren sie die Nahrung auf und mit einem kleinen Schwänzchen, der Geißel, können sie auch die richtige Richtung einschlagen. In einem Milliliter Meerwasser beispielsweise tummeln sich bis zu einer Million Bakterien, im Küstensediment sogar bis zu einer Milliarde, eben je nach Nahrungsangebot", erklärt sie mir.

Ohne die Mikroorganismen gäbe es in einem Hydrothermalfeld mit ewiger Nacht auch kein derart konzentriertes Leben. Hier fühlen sich Bakterien pudelwohl, die ihre Energie mittels Chemosynthese gewinnen, vornehmlich aus dem gelösten Schwefel oder Eisen oder Wasserstoff der heißen Fluide. Die chemisch gebundene Energie dieser anorganischen Substanzen nutzen sie, um organischen Kohlenstoff herzustellen. Dieser wiederum ist die Nahrungsgrundlage der meisten hier lebenden Tiere. Viele Garnelen, Schnecken oder Muscheln leben in Symbiose mit den Bakterien. Die Schuppenfuß-Schnecke beispielsweise ernährt sich vermutlich ausschließlich von den Stoffwechselprodukten der Bakterien, die sie, vor Fressfeinden geschützt, in ihrem Körperinneren hegt und pflegt (siehe Blog 8 von INDEX2019). Einige Schneckenarten hingegen raspeln die Bakterienrasen auf den Erzgesteinen ab. Denn ein Großteil der Bakterien siedelt genau hier. Schließlich bestehen die Erze aus Metallen und Schwefel, also ihrer absoluten Lieblingsspeise.

Gerade weil die Bakterien am Anfang der Nahrungskette stehen, spielen sie eine wichtige Rolle im Ökosystem Hydrothermalfeld. Und trotzdem weiß man bisher sehr wenig über sie. Welche Mikroorganismen leben hier überhaupt? Welche Bedingungen sind für ihr Wachstum ideal? Wie stehen Bakterien und Gestein in Wechselwirkung?

Um mehr Licht in das Dunkel zu bringen, hat die Geomikrobiologin Besiedlungsexperimente (fachmännisch "Inkubatoren") entworfen, die hier an Bord auch "Futterhäuschen" genannt werden. Ihre Lockmittel sehen auf den ersten Blick wenig appetitlich aus und sind steinhart. Es handelt sich um reines Eisensulfid (Pyrit) und zwei Massivsulfid-Erzproben. Die beiden letzteren wurden an unterschiedlichen Hydrothermalfeldern entnommen. Neben der Zusammensetzung unterscheiden sich die drei Leckerbissen noch in ihrer Porosität, also mal knackig, mal weniger knackig. Jedes der drei Gefäße mit den Spezialitäten hat sie nett in ein engmaschiges Nylonnetz verpackt. Damit geht sie sicher, dass ausschließlich Mikroben ihren Weg dorthin finden. Anschließend deponiert sie die Gefäße in das Futterhäuschen. Mit dem nächsten Tauchgang stellt das ROPOS die Futterhäuschen an drei unterschiedlichen Stellen am Meeresgrund ab. Ein Inkubator wird auf Tiefseesediment deponiert, ein Inkubator auf einem inaktiven und einer auf einem aktiven Hydrothermalfeld.

"Solch ein vergleichendes Besiedelungsexperiment an Hydrothermalfeldern hat es noch nie vorher gegeben", erklärt sie mir erwartungsvoll. Allerdings wird sie auf das Ergebnis noch lange warten müssen. Die Futterhäuschen sollen erst auf der INDEX-Ausfahrt im nächsten Jahr wieder geborgen werden. Derweil wird sie diejenigen Bakterien unter die Lupe nehmen, die auf und in den Gesteinsproben der vielen ROPOS-Tauchgänge leben. Diese kratzt sie akribisch mit einem Spatel von der Oberfläche ab und streicht sie in ein Gläschen mit Nährlösung. Derart aufbewahrt, kann sie ihre Ausbeute sogar vermehren. Zurück in Kiel hat sie damit ausreichend Material für Genanalysen und viele spannende neue Experimente. Sollten eines Tages Erze in den inaktiven Hydrothermalfeldern abgebaut werden, helfen ihre Ergebnisse dabei, einzuschätzen, ob und wie schnell sich diese Areale wieder mit Bakterien besiedeln und damit regenerieren können.