Im eiskalten Meeresboden vor Spitzbergen haben Forscher wärmeliebende Bakterien entdeckt, die eigentlich erst bei 40 bis 60°C so richtig aktiv werden. Sie stammen offenbar aus sehr viel weiter entfernten Meeresgegenden und überdauern in der Arktis in Form von Sporen, die sie optimal gegen die widrigen Umweltbedingungen schützen. Die jetzt in „Science“ veröffentlichte Entdeckung könnte dabei helfen, eine der großen Hypothesen der Biologie zu klären: „Alles ist überall, die Umwelt wählt aus“.
Auf die Sporen dieser thermophilen Bakterien in der Arktis stießen die Forscher des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie , als sie das Temperaturverhalten von kälteliebenden Mikroorganismen in den eiskalten Meeressedimenten Spitzbergens untersuchten. Um die mikrobielle Aktivität zu bestimmen, maßen die Wissenschaftler den Umsatz an markierten Molekülen in einer bestimmten Zeiteinheit. Als sie den Temperaturbereich dieser Versuche von minus zwei Grad auf bis zu 80 Grad erweiterten, zeigte sich, dass ab einer Temperatur von 40 Grad Celsius die Aktivität in den Proben stark anstieg. Einige der Sporen sind offenbar zum Leben erwacht.
100.000 thermophile Sporen pro Gramm
Dieser Befund bot den Forschern die einzigartige Gelegenheit, den Transport der Mikroorganismen quantitativ zu erfassen. Anhand der Stoffwechselaktivität schätzen sie, dass bis zu 100.000 thermophiler Sporen in einem Gramm arktischen Sediments enthalten sind. „Thermophile Bakterien in der Arktis zu finden, ist nicht die Sensation“, erklärt Max-Planck-Direktor Bo Barker Jørgensen. „Neu ist unser Wissen um die riesigen Mengen und der konstante Zustrom an Bakterien.“ Weitere Untersuchungen des Tiefenprofils ergaben, dass jährlich mehr als 100 Millionen Sporen je Quadratmeter Meeresboden dazukommen.
Herkunft vermutlich eine heiße Quelle im Untergrund
Die naheliegende Frage war, woher die arktischen Thermophilen kommen. Erstautor Casey Hubert grenzt die Möglichkeiten ein: „Der konstante Zustrom und die große Menge an Mikroorganismen deuten darauf hin, dass diese aus einer großen sauerstofffreien Quelle kommen.“ Entsprechende Transportwege von diesen „Hot Spots“ zum arktischen Meeresboden müssen existieren. Die Forscher vermuten zirkulierende Strömungen aus den Spalten der sich neubildenden Erdkruste, den Schwarzen Rauchern und den Hydrothermalquellen, da die dort gefundenen Bakterien sehr große genetische Ähnlichkeit mit den arktischen Thermophilen aufweisen.
Eine weitere Quelle könnten heiße Erdöllagerstätten sein, aus denen Gas und Öl herausströmen und die dann den Meeresboden durchbrechen. “ Die genetische Ähnlichkeit mit Bakterien aus den heißen Nordseeölvorkommen sind verblüffend“, betont Hubert. Mit weiteren Experimenten und genetischer Analyse wollen die Wissenschaftler jetzt die Quellen orten. Die Sporen sind auch als Indikator für bislang unentdeckte unterirdische Ölvorkommen nützlich.
Einblick in die “Seltene Biosphäre”
Die neuen Ergebnisse vermitteln den Wissenschaftlern ein besseres Verständnis für die Entwicklung der Artenvielfalt und die „Seltene Biosphäre“. Versteckt innerhalb der großen Masse von Bakterien sind mehrere Minderheiten, die an Ort und Stelle keinen messbaren Beitrag zum Stoffumsatz leisten. Mikrobiologen sind immer noch nicht sicher, wie Bakterien sich ausbreiten und zur großen biologischen Vielfalt beitragen. Die thermophilen Sporen scheinen die entscheidenden Hinweise zur Lösung dieses Rätsels der Biogeographie in sich zu tragen. Auch wenn sie schlafend auf dem eiskalten Meeresgrund vergeblich auf wärmere Zeiten warten.
(Max-PLanck-Gesellschaft, 18.09.2009 – NPO)
