Mikroben-Ökosystem unter antarktischem Eis

Leben unter 800 Metern Eis: Im subglazialen Lake Whillans in der Westantarktis haben Forscher ein ganzes Ökosystem aus Mikroorganismen entdeckt. In flüssigen Wasserproben aus dem See fanden sie tausende verschiedener Mikroben. Damit ist erstmals eindeutig belegt, dass auch in der lichtlosen, kalten Unterwelt der Antarktis Leben existiert, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Mehr als 400 Seen gibt es unter der Eisdecke der Antarktis – hunderte Meter unter der Oberfläche. Das Wasser dieser Seen ist seit Tausenden von Jahren von der Oberfläche abgeschlossen, die Lebensbedingungen sind extrem. Ob dort Leben überdauern kann, war daher bisher strittig, auch wenn es erste Indizien für eine Lebenswelt unter dem Eis gab. Bei Bohrungen im Lake Vostok fand man zwar Mikroben-DNA, aus Angst vor Kontamination hatte man jedoch nur gefrorenes Material analysiert, das aus dem See an der oberen Eisdecke angefroren war.

Wasserproben aus 800 Metern Tiefe

Das änderte sich im Januar 2013, als Forscher im Rahmen des Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling Project (WISSARD) erstmals flüssiges Wasser aus dem Whillans-See in der Westantarktis förderten. Um eine Kontamination des Seewassers mit Keimen von der Oberfläche zu verhindern, wurden dabei besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen.

Jetzt sind die ersten dieser Wasserproben ausgewertet und liefern einen ersten direkten Einblick in die Lebenswelt in einem solchen subglazialen See. Brent Christner von der Louisiana State University in Baton Rouge und seine Kollegen analysierten die Proben dabei auf drei Arten: Sie suchten mit Hilfe von Mikroskopen nach Organismen, analysierten die im Wasser befindliche DNA und kultivierten gefundene Mikroben im Labor um nachzuweisen, dass sie auch wirklich lebendig sind. Und wie sie nun berichten, wurden sie dabei reichlich fündig.

Hunderttausend Mikroben in einem Milliliter

Mehr als 3.900 verschiedene Arten Mikroorganismen tummeln sich demnach im minus 0,5 Grad Celsius kalten Wasser des Lake Whillans – mindestens. Und reichlich von jeder Sorte gibt es offenbar auch: Die Forscher zählten pro Milliliter Seewasser mehr als 100.000 Zellen unterschiedlichster Form und Größe. „Das ist der definitive Beweis, dass es dort nicht nur Leben gibt, sondern eines ganzes aktives Ökosystem“, sagt Christner. „Es ist unglaublich vielfältig.“

Rund die Hälfte der im Lake Whillans bisher entdeckten Mikroben sind sogenannten Proteobacteria, zu dieser Bakteriengruppe gehören viele Krankheitserreger, aber auch Bakterien, die Stickstoff verarbeiten. Auch Archaeen wiesen die Forscher nach. Diese Einzeller bilden neben Bakterien und den höheren, zellkerntragenden Organismen die dritte große Gruppe des Lebens.

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Bakteriums aus dem Lake Whillans © WISSARD

Mineralien und Ammonium als Energiequellen

Nähere Untersuchungen lieferten auch Informationen dazu, wovon die Mikroben im See leben. Denn im Gegensatz zur Tiefsee fällt in diesem isolierten Lebensraum die Oberfläche als Lieferant für Nährstoffe, beispielsweise in Form abgestorbener Algen und anderer Organismen, weg. Die Bakterien und Archaeen im Lake Whillans müssen daher Energiequellen im Sediment und dem Gestein des Untergrunds nutzen – und tun dies offenbar auch, wie die Forscher berichten.

So sind viele der Mikroben „Steinfresser“, die dazu beitragen, Mineralien aus dem Untergrundgestein zu lösen und so mineralische Nährstoffe freizusetzen. Vor allem Phosphor lässt sich so gewinnen. Andere Organismen bauen Ammonium und Methan ab, das in den tausende Jahre alten Sedimenten am Seegrund vorhanden ist, und gewinnen so den lebenswichtigen Stickstoff und Kohlenstoff.

Artenreiches Ökosystem

„Unsere Daten zeigen, dass der subglaziale Lake Whillans ein metabolisch aktives und phylogenetisch vielfältiges Ökosystem besitzt, das auch im Dunkeln und bei Temperaturen unter Null funktioniert“, konstatieren die Forscher. Ihrer Ansicht nach ist der Lake Whillans damit wohl eher kein Ausnahmefall: Angesichts der großen Zahl von subglazialen Gewässern in der Antarktis liege der Schluss nahe, dass solche Ökosysteme in der antarktischen Unterwelt durchaus häufig vorkommen. Auf weitere Entdeckungen darf man daher gespannt sein. (Nature, 2014; doi: 10.1038/nature13667)

(Nature / Montana State University, 21.08.2014 – NPO)