Im Fokus der Arbeitsgruppe des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie stehen drei zentrale Fragen: Welche Teile des gelösten organischen Materials fressen marine Mikroorganismen? Was fressen sie nicht und warum nicht? Wie beeinflussen die Vorlieben der Mikroorganismen das Klima? „Wir sind also beinahe so etwas wie die Ernährungsberater am Max-Planck-Institut“, sagt Thorsten Dittmar mit einem Augenzwinkern.
Auf der Suche nach Analysematerial
Wer diese Fragen beantworten will, muss erst einmal wissen, was überhaupt auf der Speisekarte steht. Die Forscher wollen also die Identität der vielen unbekannten Substanzen lüften – eine Mammutaufgabe. Zunächst müssen sie das Analysematerial besorgen, je nach Fragestellung in den unterschiedlichsten Ecken der Welt: im Golf von Mexiko, in den Polarmeeren der Arktis und Antarktis, an den hydrothermalen Quellen der Tiefsee oder gleich vor der Haustür in der Nordsee vor Helgoland.
Dazu fahren die Wissenschaftler regelmäßig auf der Polarstern mit – einem Forschungsschiff, das im Auftrag der Bundesrepublik Deutschland wissenschaftliche Expeditionen unternimmt und vom Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut betrieben wird. Die Wasserproben, welche die Forscher aus unterschiedlichen Tiefen entnehmen, werden an Bord filtriert, damit die Mikroorganismen und andere Schwebstoffe entfernt werden, und dann entsalzt. Mithilfe von Absorber-Kartuschen werden die organischen Bestandteile gebunden und schließlich als gelbliche, hochkonzentrierte Lösung mit ins Labor genommen.
Zehn Millionen unterschiedliche Moleküle
„Statt mit zehn Litern pro Wasserprobe kommen wir so mit nur zehn Millilitern nach Hause. Das spart viel Platz“, sagt Dittmar. Was dann im Labor in Oldenburg folgt, ist eine der größten Herausforderungen für einen analytischen Chemiker überhaupt. Denn für die herkömmliche Molekularanalyse müssen die einzelnen Bestandteile voneinander getrennt werden – unmöglich bei der Vielfalt der gelösten organischen Verbindungen und ihrer gewaltigen Zahl von mehr als zehn Millionen unterschiedlichen Molekülen.
Glücklicherweise beherbergt Dittmars Labor ein mehr als zwei Millionen Euro teures und vier Tonnen schweres revolutionäres Instrument: Hinter einer durchsichtigen Schallschutzwand steht dort seit September 2010 Deutschlands leistungsstärkstes Massenspektrometer. „Das Gerät ist in der Meeresforschung einmalig. Wir können damit die Masse eines Moleküls auf weniger als die Masse eines Elektrons genau bestimmen“, sagt Thorsten Dittmar stolz.
Nur fünf dieser Geräte gibt es auf der ganzen Welt. Und nur das in Oldenburg wird für Meeresforschung eingesetzt. Herzstück der mannshohen, an einen Gastank erinnernden Anlage ist der derzeit weltweit stärkste kommerziell erhältliche Magnet, der in der Massenspektrometrie verwendet wird. Und wie es der Zufall will, liegt die einzige Firma, die solche Geräte vertreibt, quasi um die Ecke – in Bremen.
Analyse mit dem stärksten Magneten
Die ultrahochauflösende Massenspektrometrie hat den vielleicht entscheidenden Durchbruch bei der Erforschung des gelösten organischen Materials gebracht. Denn die neue Technik misst so genau, dass die Wissenschaftler die exakte Summenformel jedes Moleküls bestimmen können. Diese gibt an, aus welchen Elementen ein Molekül besteht und in welcher Anzahl sie vorkommen. Erst das neue Gerät offenbart die enorme molekulare Vielfalt in den Ozeanen. 5.000 bis 10.000 verschiedene Summenformeln lassen sich innerhalb einer halben Stunde in einer Probe bestimmen. Insgesamt mehrere Zehntausend haben die Forscher auf diese Weise identifiziert.
Nils Ehrenberg / MaxPlanckForschung
Stand: 26.08.2011
