Wie Mikroben in lichtlosen Tiefen an Nahrung kommen

    24. November 2017, 10:45
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    Forscher auf der Spur eines Rätsels: Fülle des Lebens in der Tiefsee größer, als "Nahrungslieferung" von oben ermöglichen würde

    Wien – Rund 90 Prozent des Meerwassers bekommen nie Sonnenlicht ab. Trotz der Dunkelheit beherbergt die Tiefsee eine Unzahl an Lebewesen, die auch großen Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf der Erde haben – tatsächlich ist sogar ein großer Teil des weltweit vorhandenen Kohlenstoffs dort gespeichert. Ein Team aus Forschern aus Österreich, den USA, Kanada, Japan und Frankreich hat in den vergangenen Jahren im Atlantik Proben aus großen Tiefen entnommen und anschließend analysiert, welche Mikroben diesen abgelegenen Lebensraum besiedeln, und was sie dort tun.

    Mehr Leben, als zu erwarten wäre

    Dahinter steht die große Frage, wie die dortigen Mikroorganismen an Nahrung kommen. Denn aus den oberen Wasserschichten dringt nur etwa zehn bis 20 Prozent des dort durch Photosynthese vom pflanzlichen Plankton umgewandelten biologischen Materials in die Tiefsee, die von 200 Metern Tiefe bis zum Meeresgrund reicht. "Wir können uns das Leben dort nicht wirklich erklären, weil nicht so viel Nahrung von der sonnendurchfluteten Oberfläche angeliefert wird, wie die Menge an in der Tiefsee vorhandenen Organismen benötigen würde", sagt Gerhard Herndl vom Department für Limnologie und Bio-Ozeanographie der Universität Wien.

    Sehe man sich nämlich die Aktivität der Mikroorganismen an, werde klar, "dass die mehr organisches Material veratmen, als von oben ankommt", so der Forscher, der sich bereits seit rund 15 Jahren, auch mit Unterstützung des Europäischen Forschungsrates (ERC) mit den Vorgängen in der Tiefsee auseinandersetzt. Der Lösung dieses Rätsels sind die Wissenschafter nun ein Stück näher gekommen. Dafür analysierten sie Wasserproben aus dem Atlantik aus bis zu 7.000 Metern Tiefe, ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in "Science".

    Selbstversorger

    Schon vor mehr als zehn Jahren zeigten Forscher um Herndl, dass es in der Tiefsee auch Mikroorganismen gibt, die organisches Material rein aus anorganischen Stoffen aufbauen – sogenannte autotrophe Organismen. Diese verwenden das Treibhausgas CO2, um damit Biomasse aufzubauen, also ihr Zellwachstum voranzutreiben. Dadurch fixieren sie Kohlenstoff in der Tiefe. Die Energie dafür nehmen sie von Verbindungen wie Ammonium (NH4). Bakterien und eine andere Mikroben-Gruppe, sogenannte Thaumarchaeota, oxidieren Ammonium im ersten Schritt der Nitrifikation zunächst zum giftigen Nitrit (NO2) und dieses schließlich zum harmloseren Nitrat (NO3).

    In der Regel führen die Mikroorganismen aber nicht all diese Schritte aus. So sind es die Thaumarchaeota, die den ersten Schritt vollführen. In der aktuellen Arbeit widmeten sich die Forscher aber den Nitrospina-Bakterien. Diese Organismen, die zur Energiegewinnung Nitrit zu Nitrat umwandeln, entpuppten sich überraschenderweise als relativ häufige Tiefsee-Bewohner. Sie sind darüber hinaus sehr effizient in der Fixierung von CO2.

    Winzlinge mit großer Bedeutung

    Die Wissenschafter gehen aufgrund ihrer neuen Daten davon aus, dass Nitrospina im westlichen Atlantik, in Tiefen zwischen 200 und 1.000 Metern, für die Bindung von immerhin 15 bis 45 Prozent des anorganischen Kohlenstoffes verantwortlich zeichnen. "Von dieser großen Bedeutung wusste man bisher nicht", sagte Herndl.

    Darüber hinaus zeigte sich auch, wie stark sie mit den weit häufigeren Thaumarchaeota verbunden sind. Deren Stoffwechsel funktioniert zwar nicht so schnell, sie liefern den selteneren, aber besseren Kohlenstoffverwertern jedoch jenes Nitrit, das sie als Energielieferant brauchen. (APA, red, 24. 11. 2017)

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