13. Feb. 2018

Die Sonne im Hafen von Montevideo, Uruguay.

Wir kennen gerade einmal drei Prozent des Meeresbodens, der etwa 70 Prozent der Erdoberfläche ausmacht. Das ist sehr wenig, vor allem, wenn man sich vor Augen hält, dass wir es hier mit dem größten Ökosystem der Erde zu tun haben. Im letzten Bericht vom Forschungsschiff Sonne erklärt Mikrobiologin Annika Schnakenberg, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Bord versuchen, ein wenig mehr Licht ins Dunkle zu bringen.

Verschiedene Disziplinen finden sich auf einem 116 Meter langen, schwimmenden Labor zusammen und holen eine Menge von dem, was unter der Wasseroberfläche verborgen liegt, ans Tageslicht. Dazu zählen die hydroakustische Kartierung des Meeresbodens, Partikel- und Planktonproben aus allen Schichten der Wassersäule, der Aufbau und die Struktur der Sedimente. Meine Aufgabe an Bord ist es, das zu finden, was tief unten im Meeresboden noch lebt.

Denn, obwohl schwer vorstellbar, wimmelt es in 500, 1.000 oder auch 5.000 Metern unter der Wasseroberfläche auf dem Meeresboden von kleinen und großen Lebewesen. Sogar kilometertief im Meeresboden existiert Leben. Dieses ist zwar mikroskopisch klein, jedoch von großer Bedeutung für das gesamte Ökosystem Meer und darüber hinaus für jedes andere Ökosystem an Land.

Der Sauerstoff im Sediment wird schon in den obersten Schichten verbraucht. Alle Mikroorganismen, die man darunter findet, leben unabhängig von Sauerstoff. Um diese Organismen später im Labor untersuchen zu können, entnehme ich zusammen mit Dr. Sarah Coffinet von der Organischen Geochemie und dem Mikrobiologen David Aromokeye Sedimentproben aus Schwerelotkernen. Diese bestehen im Prinzip aus einem langen PVC-Rohr (Liner genannt), das in ein ebenso langes Stahlrohr (bis zu 12 Meter) gelegt wird, an dessen Kopf ein tonnenschweres Gewicht befestigt ist. Das Gerät wird in der Vertikale über ein Stahlseil bis zum Meeresboden herabgelassen und drückt sich durch das Eigengewicht in den Grund. Wieder an Bord gebracht, hält man plötzlich konservierte Erdgeschichte in den Händen, die abhängig von der Sedimentationsrate der Beprobungsstelle mehrere Jahrhunderte umfassen kann. Anschließend werden die Kerne dann der Länge nach aufgeschnitten und in regelmäßigen Abschnitten Proben entnommen und eingefroren.

In meinem Heimatlabor in der Mikrobiellen Ökophysiologie unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Friedrich an der Uni Bremen kann ich dann aus den Sedimentproben DNA isolieren und anhand dieser feststellen, welche Mikroorganismen wo vorkommen und was für Eigenschaften diese haben. Bakterien und Archaeen lassen sich schlecht vereinheitlichen, da sie unterschiedlichste Stoffwechselwege haben können, angefangen bei der Atmung. Da die an Land verbreitete aerobe (d.h. auf Sauerstoff basierend) Atmung in den tieferen Schichten des Meeresbodens nicht mehr möglich ist, verstoffwechseln die dort ansässigen Mikroorganismen andere Komponenten des Sediments, unter anderem Nitrat, Schwefelverbindungen, Methan und sogar Metalloxide. Quasi alles, woraus sich Energie gewinnen lässt. Für den gemeinen Mikrobiologen ist dieser Umstand aus mehreren Gründen interessant. Zunächst einmal wissen wir, dass der Sauerstoff, den wir Menschen jeden Tag veratmen, erst seit ca. 2,5 Milliarden Jahren in der Erdatmosphäre verfügbar ist. Leben gibt es auf der Erde aber schon seit ca. vier Milliarden Jahren. Das Leben ohne Sauerstoff im Meeresboden hilft uns also zu verstehen, wie das ursprüngliche Leben auf der Erde aussah.

Annika Schnakenberg (l.), David Aromokeye und Sarah Coffinet bereiten einen Schwerelotkern für mikrobiologische Inkubationsexperimente vor.

Annika Schnakenberg (l.), David Aromokeye und Sarah Coffinet bereiten einen Schwerelotkern für mikrobiologische Inkubationsexperimente vor.

Bild: Natascha Riedinger
Das Schwerelot wird nach dem Einsatz wieder an Bord gebracht.

Das Schwerelot wird nach dem Einsatz wieder an Bord gebracht.

Bild: Sabine Kasten
Eines Tages schwimmt eine Delfinschule an der Sonne vorbei.

Eines Tages schwimmt eine Delfinschule an der Sonne vorbei.

Bild: Natascha Riedinger
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Annika Schnakenberg (l.), David Aromokeye und Sarah Coffinet bereiten einen Schwerelotkern für mikrobiologische Inkubationsexperimente vor.

Bild: Natascha Riedinger

Das Schwerelot wird nach dem Einsatz wieder an Bord gebracht.

Bild: Sabine Kasten

Eines Tages schwimmt eine Delfinschule an der Sonne vorbei.

Bild: Natascha Riedinger

Auch in heutiger Zeit sind die Lebensformen tief unten im Meeresboden von überaus großer Bedeutung für alles Leben an Land, vor allem für die Stabilität des Klimas. In den tieferen Schichten des Meeresbodens wird unaufhörlich Methan produziert und zwar von Mikroorganismen. Bevor dieses in die Atmosphäre gelangen kann, wird es jedoch von Konsortien von Sulfat-reduzierenden Bakterien und Methan-oxidierenden Archaeen wieder abgebaut. Atmosphärisches Methan, das primär anthropogenen Ursprungs ist, trägt bereits zu 20 Prozent der Klimaerwärmung bei. Käme all das Methan, das im Meeresboden lagert, hinzu, würde sich die Erdatmosphäre aufheizen.

Umso wichtiger ist es für die Menschheit, den Methanzyklus zu verstehen, um den Status Quo zu erhalten und das Ökosystem Meer zu stabilisieren. Als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Sonne tragen wir unseren Teil dazu bei, indem wir unter anderem untersuchen, wie und warum Mikroorganismen Methan nutzen und produzieren, sodass wir ein wenig mehr vom Meer verstehen - dem größten Ökosystem der Erde.

Grüße von Bord,
Annika Schnakenberg
(Arbeitsgruppe Mikrobielle Ökophysiologie, Universität Bremen und MARUM)