Stromatolithe gibt es auch in der Tiefsee

Methan statt Sonne: Zum ersten Mal haben Forscher sogenannte Stromatolithe am Meeresboden in mehr als 730 Metern Tiefe entdeckt. Die normalerweise von Fotosynthese betreibenden Mikroben produzierten Kalkablagerungen können demnach offenbar auch im Dunkeln entstehen: unter Mithilfe von methanabbauenden Mikroorganismen. Womöglich könnten durch diesen bisher unbekannten Prozess viele fossile Stromatolithe aus dem Präkambrium entstanden sein.

Stromatolithe sind fein geschichtete Gebilde aus Sedimentgestein, die dank der Mithilfe von Mikroben entstehen: Biofilme aus Fotosynthese betreibenden Mikroben verändern durch ihren Stoffwechsel das chemische Gleichgewicht im Wasser und führen zur Fällung von Carbonationen – als Folge bildet sich Kalkstein. Im Laufe der Zeit nehmen die von den Mikroorganismen produzierten Ablagerungen Formen wie Hügel, Säulen oder Knollen an. Fossilien solcher Strukturen gehören zu den ältesten Relikten urzeitlichen Lebens auf der Erde.

In ungeahnter Tiefe

Nach gängiger Lehrmeinung kommen Stromatolithe lediglich in Flachmeeren mit Wassertiefen bis zu zehn Metern vor. Denn nur dort, wo noch Licht durchs Wasser dringt, können die Fotosynthese betreibenden Mikroben ihre Arbeit verrichten und die Kalkablagerungen bilden. Doch ein unerwarteter Fund zeigt nun: Es geht auch anders.

Wissenschaftler um Tobias Himmler von der Universität Bremen haben vor der Küste Pakistans Stromatolithe am Meeresboden in sage und schreibe rund 730 Metern Tiefe entdeckt. Kurzum: in der lichtlosen Tiefsee. Konkret fanden sie domartig aufgewölbte Mikrobenmatten sowie fein laminierte und ebenfalls gewölbte Kalksteinstrukturen, die früher einmal von diesen Matten bedeckt gewesen sein müssen. Wie aber konnten die Gebilde dort wachsen?

Die Mikrobenmatten wölben sich an den Methanaustritten. Sie sind am Bau der Stromatolithe beteiligt. © MARUM/ Universität Bremen

Kalkbildung ohne Licht

Um das herauszufinden, untersuchten die Forscher die Mikroben genauer. Das Ergebnis: Am Bau der Stromatolithe in der Tiefsee sind offenbar methanabbauende Mikroorganismen beteiligt, die Archaeen. „Anders als die im Flachmeer lebenden Mikroben, die Energie für ihren Stoffwechsel aus Sonnenstrahlen gewinnen, benutzen diese Mikroben Energie, die beim Abbau von Methan entsteht: In der Dunkelheit betreiben sie Chemosynthese“, erklärt Himmlers Kollege Gerhard Bohrmann.

Tatsächlich fand das Team die Mikrobenmatten in der Nähe von Methanaustritten. Beim Abbau des dort aufsteigenden Gases entsteht Schwefelwasserstoff, der von den Bakterien weiter verwandelt wird. „Da diese sulfidoxidierenden Bakterien in dieser Wassertiefe kaum freien Sauerstoff zur Verfügung haben, nutzen sie wahrscheinlich Nitrat anstelle von Sauerstoff, was die Kalkbildung begünstigt“, sagt Mitautor Jörn Peckmann von der Universität Hamburg.

Rätsel um fossile Strukturen

Damit ist klar: Neben den bisher bekannten Stromatolithe-bildenden Mikroben können auch lichtunabhängige, Chemosynthese betreibende Mikroorganismen diese Strukturen aufbauen. Diese Entdeckung scheint nun auch ein bisher ungeklärtes Rätsel zu lösen: Warum unterscheiden sich heute noch im Aufbau befindliche Stromatolithe in ihrer internen Struktur von vielen fossilen Stromatolithen aus dem Präkambrium?

Etliche dieser alten Fossilien ähneln den nun entdeckten Chemosynthese-basierten Kalksteinablagerungen, wie die Wissenschaftler berichten. Sie spekulieren daher darauf, dass Chemosynthese häufiger als bisher angenommen zum Wachstum der Stromatolithe im Präkambrium vor mehr als 541 Millionen Jahren beigetragen hat. (Geology, 2018; doi: 10.1130/G39890.1)

(MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, 20.03.2018 – DAL)