Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Brennpunkt Gletscher: Mikroben auf dem Eis heizen ein

14.06.2016

Bakterien könnten eine wichtigere Rolle beim Abschmelzen von Gletschern spielen als bisher angenommen. In einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Biofilms and Microbiomes zeigen Forscher von der Montana State University und dem MPI Bremen, wie die räumliche Anordnung der Mikroben einen effizienten Nährstoffaustausch ermöglicht und ein Abschmelzen beschleunigen kann.

Gletscher bedecken etwa zehn Prozent der Landfläche der Erde. Sie sind wichtig für unser Klima, da sie große Mengen an Süßwasser speichern und Sonnenlicht, das auf die Erde trifft, reflektieren. Das zunehmende Abschmelzen von Gletschern führt zum Anstieg des Meeresspiegels und verringert die Reflektion von Sonnenlicht und trägt so zur globalen Erwärmung bei.


Blick in eine Probe von einem Kryokonit: Freilebende Bakterien (grün) und solche, die an fadenförmige Cynobakterien (violett) angeheftet sind.

Heidi Smith

Das Leben auf Gletschern ist zum größten Teil mikrobisch. Doch man weiß nur wenig über die Rolle, die Mikroorganismen für die biogeochemischen Kreisläufe in Gletschersystemen spielen. Die aktuelle Veröffentlichung beschäftigt sich damit, wie Kohlenstoff – Nahrung für Bakterien - aus dem Eis und in die Umwelt transportiert wird.

Heidi Smith von der Montana State University (MSU), USA, und ein internationales Team von Wissenschaftlern untersuchte dazu die mikrobielle Gemeinschaft und ihre Aktivität auf sogenannten Kryokoniten in der Antarktis. Kryokonite – meist Staubteilchen, die vom Wind auf Gletscher verweht werden – heizen sich in der Sonne auf und schmelzen dadurch das darunterliegende Eis. Dadurch bilden sich kreisrunde Löcher im Gletscher.

“An den Kryokonitteilchen fanden wir eine vielfältige mikrobielle Gemeinschaft”, sagt Mitautor Marcel Kuypers, Direktor am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen. Die vorliegenden Ergebnisse lassen vermuten, so Smith und ihre Kollegen, dass die Kryokonitlöcher einen Nährboden bilden für die Entstehung sogenannter Biofilme, was den Nährstoffaustausch zwischen einzelnen Zellen erleichtert und Hotspots biologischer Aktivität entstehen lässt. “Dadurch sammelt sich vermutlich organisches Material an diesen Partikeln an. Das verringert die Reflektion von Sonnenlicht, der Gletscher schmilzt schneller.”

“Es ist so ähnlich wie ein Stein auf einem Gletscher, der sich in der Sonne aufheizt und das umliegende Eis schmilzt“, erklärt Christine Foreman, Heidi Smiths Betreuerin und Außerordentliche Professorin für Chemical and Biological Engineering an der MSU. “Heidis Arbeit ist deswegen besonders interessant, weil sie als eine der Ersten direkte Messungen an Biofilmen auf einem Gletscher vorgenommen hat. Wir konnten zeigen, dass Biofilme Kohlenstoff und andere Nährstoffe in Gletschersystemen transportieren, und dass das einen ökologischen Nutzen für das Überleben von Organismen in diesem extremen Lebensraum birgt.”

Das nutzt auch der Klimaforschung. Denn ein besseres Verständnis des Kohlenstoffspeichers in Gletschern und des Transports von Kohlenstoff in andere Ökosysteme kann dazu beitragen, aktuelle Klimamodelle zu verbessern. Es ist schon lange bekannt, dass organischer Kohlenstoff, der für Jahrtausende in Gletschern gespeichert war, beim Abschmelzen freigesetzt wird und Mikroorganismen als Nahrung dient. Die nun vorliegende Studie zeigt, dass auch durch die Fixierung von anorganischem Kohlenstoff durch Mikroorganismen auf Gletschern organischer Kohlenstoff entsteht, der rasch von benachbarten Organismen verbraucht wird.

“Die Zusammenarbeit mit Rachel Foster und Prof. Kuypers am MPI in Bremen hat unsere Forschung auf eine ganz neue Ebene katapultiert. Während ihrer Doktorarbeit verbrachte Heidi Smith zwei Monate am MPI, um mit der dortigen NanoSIMS-Gruppe zu arbeiten“, so Foreman.

Das NanoSIMS (Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometer) ermöglicht es, einzelne Zellen in gemischten Gemeinschaften in Umweltproben phylogenetisch zu identifizieren und ihre Stoffwechselfunktion zu messen. “Mit Hilfe der NanoSIMS-Technologie konnten wir sehen, wie die räumliche Organisation von Mikroben in Biofilmen auf einem antarktischen Gletscher zu einem effizienten Nährstoffaustausch zwischen den einzelnen Organismen führt.”

"Ich fand die Größe der Cyanobakterienfäden und die vielen angehefteten Bakterien besonders beeindruckend – schließlich waren sie in einem Gletscher eingefroren gewesen“, schwärmt auch Mitautorin Rachel Foster, die während der Studie am MPI Bremen das NanoSIMS betreute. „Mit dem NanoSIMS konnten wir darstellen und messen, wie Kohlenstoff zwischen Bakterien und Cyanobakterien ausgetauscht wird – das war eine sehr aufschlussreiche Leistung.“

“Bakterien sind für das freie Auge unsichtbar. Das macht es manchmal schwer, ihre Bedeutung zu erkennen. Aber sie sind die häufigsten Organismen auf unserer Erde“, betont Smith. “Außerdem bilden Mikroben üblicherweise die Basis aquatischer Nahrungsnetze und werden vermutlich als Erste auf Veränderungen im Ökosystem reagieren. Zusätzlich zur Gletscherschmelze und der daraus folgenden Veränderung des Lebensraums Meer trägt auch der Anstieg an Kohlendioxid zur globalen Erwärmung bei.“

Erstellt mit Material einer Pressemeldung der Montana State University.

Originalveröffentlichung

Biofilms on glacial surfaces: hotspots for biological activity
Heidi J Smith, Amber Schmit, Rachel Foster, Sten Littman, Marcel MM Kuypers, Christine M Foreman. npj Biofilms and Microbiomes 2, 16008
DOI: doi:10.1038/npjbiofilms.2016.8

Kontakt
Heidi Smith, hjsmith12@gmail.com
Marcel Kuypers, mkuypers@mpi-bremen.de

Oder die Pressestelle
Fanni Aspetsberger
Manfred Schlösser
presse@mpi-bremen.de

Weitere Informationen:

http://www.mpi-bremen.de

Dr. Manfred Schloesser | Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie